ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y...
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL “ADOLFO LÓPEZ MATEOS” “PROPUESTA DE INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL EN UN SISTEMA DE MICROREACCIÓN PARA LA ELIMINACIÓN CATALÍTICA DE CO” T E S I S QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN PRESENTAN: BEDOLLA GONZALEZ ERICK FERNANDO BRISEÑO OCEGUEDA ALFONSO INZUNZA BAUTISTA DAVID ASESORES: M. EN C. OSCAR A. GONZALEZ VARGAS M. EN C. MIRIAM GOMEZ ALVAREZ MÉXICO, D.F. A 27 DE MAYO DE 2013
Transcript of ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y...
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA
UNIDAD PROFESIONAL “ADOLFO LÓPEZ MATEOS”
“PROPUESTA DE INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL EN UN SISTEMA DE MICROREACCIÓN PARA LA
ELIMINACIÓN CATALÍTICA DE CO”
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN
PRESENTAN:
BEDOLLA GONZALEZ ERICK FERNANDO BRISEÑO OCEGUEDA ALFONSO
INZUNZA BAUTISTA DAVID
ASESORES:
M. EN C. OSCAR A. GONZALEZ VARGAS M. EN C. MIRIAM GOMEZ ALVAREZ
MÉXICO, D.F. A 27 DE MAYO DE 2013
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESC UELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELECTRICA
UNIDAD PROFESIONAL " ADOLFO LÓPEZ MATEOS"
TEMA DE TESIS
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN
P OR LA OPC I ÓN DE T ITULACIÓN TESIS COLECTIVA Y EXAMEN ORAL INDIVIDUAL
DEBE R A(N) DE SARROLLAR BEDOLLA GONZALEZ ERICK FERNANDO BRISEÑO OCEGUEDA ALFONSO INZUNZA BAUTISTA DAVID
"PROPUESTA DE INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL EN UN SISTEMA DE MICROREACCIÓN PARA LA ELIMINACIÓN CATALÍTICA DE CO"
DISPONER DEL CONOCIMIENTO TEÓRICO PARA IMPLEMENTAR UN SISTEMA DE CONTROL EN LA PURIFICACIÓN DE HIDRÓGENO Y SU APLICACIÓN EN CELDAS DE COMBUSTIBLE.
);> RESUMEN
);> INTRODUCCIÓN
);> ANTECEDENTES
);> INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DEL PROCESO
);> DESARROLLO DE LAPROPUESTA
);> ASPECTOS ECONOMICOS
);>
);>
);>
CONCLUSIONES
REFERENCIAS
APENDICES
MÉXICO D.F., 26 DE ABRIL 2013
ASESORES
~ '------~
M. EN C. MIRIAM GOMEZALVAREZ
Carta de cesión de derechos
En la Ciudad de México, Distrito Federal el día 3 del mes de Junio del año 2013, los
que suscriben Alfonso Briseño Ocegueda, David Inzunza Bautista, Erick Fernando
Bedolla González, alumnos de la carrera de Ingeniería en Control y Automatización,
adscritos a la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica-Unidad Zacatenco,
manifiestan que son autores intelectuales del presente trabajo titulado: "PROPUESTA DE
INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL EN UN SISTEMA DE MICROREACCIÓN PARA
LA ELIMINACIÓN CATATICA DE CO" bajo la dirección del M. en C. Oscar Arturo
González Vargas y ceden los derechos al Instituto Politécnico Nacional para difusión,
con fines acadélnicos y de investigación.
Los usuarios de la infonnación no deben reproducir el contenido textual, graficas o
datos del trabajo sin permiso expreso del autor y/o director del trabajo. Este puede ser
obtenido escribiendo a las siguientes direcciones alfonso [email protected],
[email protected], [email protected], [email protected]. Si el prelniso se
otorga, el usuario deberá dar el agradecimiento correspondiente y citar la fuente dellnismo.
Jng. Alfons6 Briseño Ocegueda
Jng. Erick Fernando Bedolla González M. en C. Oscar Arturo González Vargas
iv
Agradecimientos
Le agradezco a Dios por haberme acompañado, guiado a lo largo de mi carrera,
permitido vivir hasta este día, por ser mi fortaleza en los momentos de debilidad y por
brindarme una vida llena de aprendizajes, experiencias y sobre todo felicidad.
Le doy gracias a mis padres Javier Bedolla y Leticia González por apoyarme en
todo momento, por los valores que me han inculcado, y por haberme dado la oportunidad
de tener una excelente educación en el transcurso de mi vida. Sobre todo por ser un
excelente ejemplo de vida a seguir.
A mis hermanos por ser parte importante de mi vida y representar la unidad
familiar. A Javier por ser un ejemplo de desarrollo a seguir, a Omar y Alan por apoyarme
cuando más lo he necesitado.
Le agradezco la confianza, apoyo y dedicación de tiempo a mis profesores por haber
compartido conmigo sus conocimientos y sobre todo su amistad.
Gracias M. en C Oscar A. González Vargas por creer en nosotros, habernos
brindado la oportunidad de desarrollar nuestra tesis profesional y por todo el apoyo y
facilidades que se nos brindó y por darnos la oportunidad de crecer profesionalmente y
aprender cosas nuevas.
A mis amigos por confiar y creer en mí y haber hecho de mi etapa universitaria un
trayecto de vivencias que nunca olvidare.
A la Comisión de Operación de Fomento de Actividades Académicas del Instituto
Politécnico Nacional (COFAA-IPN) por la beca PIFI recibida y brindarme la oportunidad
de participar con el M. en C. Oscar Arturo González Vargas en el proyecto IPN-SIP-
20131760.
Bedolla González Erick Fernando
v
Definitivamente este trabajo no se habría podido realizar sin la colaboración de
muchas personas que me brindaron su ayuda; siempre resultará difícil agradecer a todos
aquellos que de una u otra manera me han acompañado en el desarrollo de esta
investigación. Por tanto, quiero agradecerles a todos ellos cuanto han hecho por mí, para
que este trabajo saliera adelante de la mejor manera posible. Partiendo de esta necesidad y
diciendo de antemano MUCHAS GRACIAS.
A Dios por ser fuente de motivación en los momentos de angustia y después de varios
esfuerzos, dedicación, aciertos y reveses que caracterizaron el desarrollo de mi formación
profesional y que con su luz divina me guio para no desmayar por este camino que hoy
veo realizado.
A mis Padres Alfonso y Martha que siempre me han acompañado en las buenas y el
las malas, por brindarme su apoyo y ejemplo en cada momento de mi vida, así como su
eterno amor.
A mis Hermanos Daniel y Rosa Martha que siempre ha sido mis compañeros y
mejores amigos, y que de igual manera siempre me han brindado su amor y apoyo.
A mi novia Marlene que me ha acompañado en momentos difíciles y que me ha
demostrado su amor incondicionalmente
Al M. en C. Oscar Arturo González Vargas por el estupendo trabajo que realizó en la
elaboración de esta tesis.
A toda mi familia que se preocupó por mi crecimiento profesional y que hoy en día se
sienten orgullosos de lo que he logrado.
Briseño Ocegueda Alfonso
vi
A dios. Por haberme permitido llegar hasta este punto y haberme dado salud para
lograr mis objetivos, además de su infinita bondad y amor.
A mi madre Guadalupe y mi padre Eleazar. Por haberme apoyado en todo
momento, por sus consejos, sus valores, por la motivación constante que me ha permitido
ser una persona de bien, por los ejemplos de perseverancia, constancia y responsabilidad
que lo caracterizan y que me ha infundado siempre, por el valor mostrado para salir
adelante sobre todo por su amor.
A mi hermana Elizabeth. Por ser el ejemplo de una hermana mayor y de la cual
aprendí aciertos y de momentos difíciles, siendo un gran apoyo en mi vida.
A mi hermano Eleazar. Por el apoyo incondicional que me brindo, siendo mi
compañero y mejor amigo.
A mi maestro M. en C. Oscar Arturo González Vargas. Por su gran apoyo y
motivación para la culminación de nuestros estudios profesionales y para la elaboración de
esta tesis; por su tiempo compartido y por impulsar el desarrollo de nuestra formación
profesional.
A mis amigos, que nos apoyamos mutuamente en nuestra formación profesional:
Erick Fernando Bedolla González, Alfonso Briseño Ocegueda.
A la Comisión de Operación de Fomento de Actividades Académicas del Instituto
Politécnico Nacional (COFAA-IPN) por la beca PIFI recibida (en dos periodos) y
brindarme la oportunidad de participar con el M. en C. Oscar Arturo González Vargas en
los proyectos IPN-SIP-20121114 e IPN-SIP-20131760.
Inzunza Bautista David
vii
Índice General
Índice de Figuras.....……………………………………………………………………….viii
Índice de Tablas ..................................................................................................................... ix
Resumen ................................................................................................................................ xi
Objetivo general .................................................................................................................... xi
Objetivos especificos ............................................................................................................. xi
Introducción ............................................................................................................................ 1
1. Antecedentes .................................................................................................................... 3
1.1 Efectos adversos del CO2 ......................................................................................... 3
1.2 Eliminación de catalítica CO ..................................................................................... 3
1.3 Reformación de etanol con vapor de agua. ............................................................... 6
1.4 Justificación ............................................................................................................... 7
2. Instrumentación y control del proceso ........................................................................... 8
2.1 Control en cascada ..................................................................................................... 8
2.1.1 Consideraciones de diseño ............................................................................ 10
2.2 Descripción de la planta experimental de micro-reacción ..................................... 12
2.3 Diseño de la propuesta de instrumentación y control para el reactor .................... 193
3. Desarrollo de la propuesta de instrumentación y control .......................................... 19
3.1 Selección de la instrumentación ............................................................................. 19
3.2 Especificaciones de la valvúla ................................................................................. 23
3.3 Evaluación de actividad catalítica .......................................................................... 29
4. Aspectos económicos ...................................................................................................... 34
4.1 Costos de equipos .................................................................................................... 34
4.2 Costos de ingeniería ................................................................................................ 35
4.3 Costos de puesta en marcha ................................................................................... 38
4.4 Costos totales ........................................................................................................... 39
5. Conclusiones .................................................................................................................... 39
Referencias............................................................................................................................40
Apéndice. Manuales de transmisores y controladores empleados……………………..…..41
viii
Índice de figuras
Fig. 1. Principio de funcionamiento de una CC alimentada con H2 y O2. ............................. 4
Fig. 2. Esquema general de producción de H2 y electricidad a partir de fuentes renovables
de energía. ................................................................................................................... 5
Fig. 3. Diagrama general de un control en cascada…………………………………………9
Fig. 4. Diagrama de flujo del equipo experimental instalado. ............................................. 12
Fig. 5. Control de temperatura por medio de un termostato. ............................................... 14
Fig. 6. Diagrama de bloques para el control en lazo cerrado de la temperatura del reactor. 14
Fig. 7. Sistema de control básico para la temperatura del reactor. ....................................... 15
Fig. 8. Efecto de las perturbaciones sobre el lazo cerrado ................................................... 16
Fig. 9. Diagrama de bloques en cascada .............................................................................. 16
Fig. 10. Control en Cascada T-T-F para la temperatura del reactor ..................................... 17
Fig. 11. Bucle sencillo Temperatura-Flujo para controlar el nivel del reactor ................... 17
Fig. 12. Integración de los sistemas de control en cascada para controlar T y h del reactor
............................................................................................................................................. .18
Fig. 13. Instrumento analítico de proceso METTLER TOLEDO THORNTON para la
medición de caudal ................................................................................................. 20
Fig. 14. Transmisor de temperatura ROSEMOUNT 644 de EMERSON ............................ 21
Fig. 15. Transmisor de nivel por presión diferencial ROSEMOUNT 1199 de EMERSON
............................................................................................................................................. .21
Fig. 16. Instrumento para la medición y control de flujo de gas PARKER 204 A .............. 22
Fig. 17. Controlador de temperatura FANOX TP 750 ......................................................... 22
Fig. 18. Controlador de nivel NORRISEAL serie 1001 de DOVER. .................................. 23
Fig. 19. Válvula de control Valtek ....................................................................................... 28
Fig. 20. Componentes de una válvula de control. ................................................................ 29
Fig. 21. Efecto de la temperatura en la conversión de C2H5OH y rendimientos de productos
sobre los catalizadores……………….………………………………………….30
Fig. 22. Selectividad de productos para la reacción ESR sobre varios catalizadores a una
conversión de C2H5OH de 52% mol…………………………………………….32
ix
Índice de tablas
Tabla 1. Intervalos de operación de los transmisores y controladores propuestos. ............. 19
Tabla 2. Cotización de equipos ............................................................................................ 34
Tabla 3. Cotización para la instalación. ............................................................................... 36
Tabla 4. Costo total para la implementación ....................................................................... 38
x
Resumen
La oxidación catalítica de monóxido de carbono (Ox-CO) es una reacción
ampliamente estudiada en catálisis ambiental por varias razones. En primera instancia, el
CO ˗producido principalmente por fuentes móviles˗ es un fuerte contaminante del ambiente
por lo que se emplea su oxidación hacia CO2 para disminuir sus efectos en la salud de los
seres vivos. Por otro lado, se ha reportado que una elevada concentración de CO en la
corriente de alimentación de hidrógeno (H2) es la principal dificultad de operación en las
celdas de combustible tipo PEMFC. Al respecto, varios grupos de investigación mencionan
que la reacción Ox-CO es un método simple y de bajo costo para lograr concentraciones de
CO menores a 100 ppm en las cargas de H2 residuales.
Sin duda el comprender los fundamentos, oportunidades y barreras, así como las
motivaciones de los actores sociales clave en un programa de disminución en la producción
de contaminantes ambientales contribuirán a construir el consenso que posibilitará su
implementación en México. Para ello, el Gobierno Federal debe ser el iniciador natural de
este proceso de transición con la implementación de un marco legal con leyes y
regulaciones para tal efecto sobre Biocombustibles y Energías Alternas.
Cabe mencionar que todo programa ambiental puesto en marcha en el mundo requirió
de ingenio y creatividad y fue lanzado con el apoyo de incentivos financieros, inclusive con
mandatos gubernamentales. De esta forma, la mitigación de los contaminantes del aire,
agua y tierra puede ser factible en México en el mediano plazo si se llevan acciones
integrales que incluyan aspectos técnicos, económicos y ambientales, así como un esfuerzo
importante en investigación y desarrollo tecnológico.
En este sentido en esta Tesis de Licenciatura se presenta una propuesta para
implementar un sistema de control y automatización en el proceso de producción de
H2 libre de CO vía reformación de etanol y su posterior aplicación en la generación de
energía a partir del empleo de celdas de combustible de uso residencial o móvil.
xi
Objetivo general
Disponer del conocimiento teórico para implementar un sistema de control en la
purificación de hidrógeno y su aplicación en celdas de combustible.
Objetivos específicos
• Establecer las condiciones de operación para la eliminación catalítica de CO a partir
de un análisis del equilibrio físico-químico de las reacciones participantes.
• Diseño de la propuesta técnico-económica del sistema de control y automatización
enfocado a la “Generación de energía a partir de fuentes no convencionales” en el
IPN.
1
Introducción
La generación en gran escala de energías alternas a partir de fuentes renovables es
una oportunidad importante para emprenderse en México. En este sentido, el etanol
(C2H5OH) proveniente de la caña de azúcar o alguna otra fuente de biomasa, se ha
posicionado como el hidrocarburo más promisorio a futuro para la producción de hidrógeno
(H2) o directamente de energía de uso móvil. Lo anterior se sustenta en los criterios de
selección como disponibilidad de tecnología, costos, necesidades de inversión, superficie
requerida, índice de energía neta, emisiones y mitigación de gases de efecto invernadero.
Tomando como referencia la experiencia internacional, la creación de un programa
para emplear el C2H5OH como combustible en nuestro país sería una parte fundamental
para la transición hacia sistemas de transporte sustentables. Esta iniciativa puede alargar los
recursos petrolíferos logrando una moderada cuota de mercado y un ahorro de gasolina para
el futuro. Los beneficios de la introducción del C2H5OH como combustible serían de un
gran impacto social, económico y tecnológico. Algunos aspectos relevantes son:
1. Creación de empleo, desarrollo de la economía y ampliación de las infraestructuras
sociales en zonas rurales.
2. Mejora de la seguridad energética y conservación de los recursos petrolíferos.
3. Mejor gestión del agua y expansión de la agricultura a tierras más secas.
4. Ahorro en los intercambios exteriores, motivación de la comunidad científica y
tecnológica, incentivos a la industria de bienes de producción, así como una mejora
del medio ambiente local y global.
Por otro lado, el H2 es considerado como un combustible alterno para la generación
combinada de calor y electricidad en celdas de combustible (CC). Actualmente, este gas se
produce a partir de combustibles fósiles, principalmente gas natural, los cuales tienen una
disponibilidad limitada en el futuro ya que son fuentes no renovables de energía. Además,
los procesos de producción empleados (reformación y oxidación parcial) producen grandes
cantidades de CO y dióxido de carbono (CO2) cuando parte del hidrocarburo se emplea
2
para suministrar energía a la reacción. Esta situación agudiza el problema del calentamiento
global ocasionado por los gases de efecto invernadero. No obstante, el H2 ˗portador de
energía química˗ se puede producir a partir de la reformación catalítica de C2H5OH con
vapor de agua (Ethanol Steam Reforming, ESR). Sin embargo, como ha sucedido en países
europeos, el éxito de la economía del H2 en México dependerá en gran medida del
lanzamiento de un programa que involucre las etapas de producción, almacenamiento,
distribución y empleo.
De acuerdo a un consenso generalizado entre los principales agentes energéticos a
nivel mundial, tanto de carácter público y privado, se ha establecido al H2 como el vector
energético del futuro. Las sinergias que presenta el binomio C2H5OH˗H2 son claras.
Ante un futuro de escasez y encarecimiento de los combustibles fósiles, la respuesta a
largo plazo solo puede ser una: el sistema energético debe ser reformado en
profundidad. El futuro cuenta con el H2, pero el camino no es sencillo: el grado de
madurez de las tecnologías implicadas es todavía bajo, lo que se traduce en altos costos y
poca fiabilidad. Para que esta evolución sea posible es necesario formar hoy a los
profesionales que la protagonizarán, pues los técnicos o ingenieros de cualquier
especialidad necesitarán nociones sobre el H2 al igual que hoy las necesitan sobre
electricidad.
3
Capítulo 1. Antecedentes
1.1 Efectos adversos del CO
La contaminación atmosférica tiene gran repercusión en los seres vivos, ecosistemas
y, de manera general, en todo el planeta. Una atmósfera contaminada daña la salud de las
personas y afecta la vida de las plantas y animales. Igualmente, los cambios producidos en
la composición de la atmósfera provocan cambios en el clima, como la lluvia ácida, el
calentamiento global y la destrucción de la capa de ozono. Estos fenómenos tienen gran
impacto a nivel global. En particular, el monóxido de carbono (CO), es un gas incoloro e
inodoro que se produce por la combustión incompleta de combustibles fósiles como gas
natural, gasolina, queroseno, carbón, petróleo, madera, el humo de cigarro, las estufas que
usan gas LP como combustible, etc. Desde el siglo pasado, se reconoció que los
automóviles con motor de combustión interna son una de las principales fuentes de emisión
de CO [1, 2]. Además, la exposición a CO en los seres vivos contribuye a la disminución
del suministro de oxígeno en el torrente sanguíneo, ya que la afinidad de la hemoglobina a
CO es mayor que al oxígeno (O2). De esta forma, la exposición prolongada a altas
concentraciones de CO incrementa el riesgo a contraer enfermedades del corazón o
pulmones. Las normas recomendadas por la Organización Mundial de la Salud (OMS) para
el CO son las siguientes: 86 ppm por un período que no exceda los 15 min ó 50 ppm
durante 30 min. [1].
1.2 Eliminación catalítica de CO
Debido a que en 20 años se espera que la disponibilidad de combustibles fósiles
disminuya considerablemente, en especial el petróleo, recientemente ha surgido la
necesidad de investigar en la generación de nuevas fuentes de energía. Una opción es el
empleo de celdas de combustible (CC) las cuales producen energía eléctrica a partir de un
suministro de H2 y oxígeno (O2) en un rango de operación de 80 y 125 °C (Fig. 1) [3].
4
Fig. 1. Principio de funcionamiento de una CC alimentada con H2 y O2.
Por otro lado, el esquema mostrado en la figura 2 representa un ciclo de producción
de energía limpia y sustentable a partir de fuentes renovables [4]. Como se ejemplifica en la
fig. 2, la fuente necesaria de H2 para la CC de la fig. 1 se puede obtener a partir de la
reformación de hidrocarburos (HC’s) con vapor de agua representada por la ecuación 1.
Posteriormente, el efluente del reactor pasa a una sección de purificación adicional donde
se realiza la reacción de desplazamiento de gas de agua (Water Gas Shift, en inglés) en
donde la concentración de CO disminuye a 1% en volumen (ec. 2). Debido a que el ánodo˗
usualmente de platino (Pt)˗ sufre un envenenamiento provocado por CO disminuyendo la
eficiencia y tiempo de vida útil de la CC, se requiere un flujo de alimentación de H2 con
una concentración máxima de CO de 100 ppm. Para ello se utiliza una oxidación
preferencial de CO (PROX-CO) donde se obtiene una corriente limpia de H2 (ec. 3-4). Por
ser de bajo costo, este proceso se ha empleado desde los años 60´s para la eliminación de
CO durante la síntesis de amoniaco [5]. Debe resaltarse que en la PROX-CO se pierde
menos del 0.5% en vol. de H2, en comparación con otros métodos como la metanación de
CO (ec. 5) donde se consume entre 2 y 4% de H2.
5
Fig. 2. Esquema general de producción de H2 y electricidad a partir de
fuentes renovables de energía.
HC + H2O → H2 + CO (1)
CO + H2O → CO2 + H2 (2)
CO + ½O2 → CO2 (3)
H2 + ½O2 → H2O (4)
CO + 3H2 → CH4 + H2O (5)
Cabe mencionar que la oxidación no catalítica de CO solo es posible a 700 °C. Por
tanto, se requiere del empleo de catalizadores para oxidar el CO a baja temperatura. Los
resultados reportados en condiciones ideales (sin CO2 y H2O) con metales como (Pt), rodio
(Rh) y óxidos metálicos como el óxido de cobre (CuO) muestran baja actividad a 80-125
°C, el cual es el intervalo de operación de la celda de combustible. No obstante, los estudios
efectuados con diferentes soportes muestran que los óxidos reducibles como el óxido de
zirconio (ZrO2) u óxido de cerio (CeO2) se pueden tomar en cuenta como posibles
candidatos para la síntesis de catalizadores de oro (Au) debido a sus propiedades de óxido-
6
reducción [6-9]. En general, la actividad de los catalizadores metálicos, preferentemente de
Au, depende del método de preparación, tamaño de partícula, soporte y la relación entre
especies de Au catiónico y metálico.
Existe una amplia variedad de catalizadores reportados en la literatura que son
altamente activos para la oxidación de CO a baja temperatura y representan una opción
viable para emplearse en la purificación de corrientes de hidrógeno producidas a partir de la
reformación de etanol (C2H5OH) con vapor de agua. Recientemente se encontró una
actividad catalítica significante en la oxidación de CO sobre los materiales mesoporosos de
sílice modificados con Ce del tipo Ce-MCM-41 sin metal soportado. Por ejemplo, para un
material con una relación Si/Ce=50 se alcanzó una conversión de CO del 100% a 231 °C.
En este tipo de materiales se encontró que los hidroxilos superficiales (OH-) y los iones
Ce4+ coordinados tetraédricamente en la estructura MCM-41 toman roles importantes para
esta reacción. A partir de esta observación, se propuso un nuevo mecanismo de reacción
para la oxidación de CO sobre los materiales Ce-MCM-41 conformado por la generación
de especies intermediarias en superficie [10].
1.3 Reformación de etanol con vapor de agua
La reacción de reformación de etanol con vapor de agua (ESR, de sus siglas en
inglés Ethanol Steam Reforming) es un proceso atractivo para la producción de H2.
Consiste básicamente en hacer reaccionar endotérmicamente el C2H5OH con vapor de H2O
en presencia de un catalizador. Teóricamente, produce 4 moles de H2 por mol de C2H5OH
que reacciona (ec. 6). No obstante, el proceso incrementa su atractivo cuando se emplea
directamente C2H5OH sin destilación (H2O:C2H5OH=3) debido a que se incrementa la
cantidad de H2 producido, se inhibe la formación de monóxido de carbono (CO) y
disminuye el consumo de energía (ec. 7) [11]. Sin embargo, dentro del reactor el C2H5OH
puede experimentar otras reacciones tales como: deshidratación (ec. 8), deshidrogenación
(ec. 9), descomposición a baja y alta temperatura (ec. 10-11), así como una hidrogenación
(ec. 12).
7
C2H5OH + H2O → 4H2 + 2CO (6)
C2H5OH + 3H2O → 6H2 + 2CO2 (7)
C2H5OH → C2H4 + H2O (8)
C2H5OH → C2H4O + H2 (9)
2C2H5OH → 3CH4 + CO2 (10)
C2H5OH → CH4 + CO + H2 (11)
C2H5OH + 2H2 → 2CH4 + H2O (12)
Como puede observarse las reacciones anteriores pueden producir otras especies
químicas (C2H4, C2H4O, CH4, CO) adicionales al H2 y CO2 dentro del reactor. Por ello, el
proceso ESR muestra todavía muchos inconvenientes los cuales representan un área de
oportunidad para contribuir en su solución. Ejemplo de ellos son: (1) la desactivación de
catalizadores y selectividad de productos, (2) selección de commodities o insumos al
reactor provenientes preferentemente de fuentes renovables de energía, y (3) condiciones de
operación del reactor para disminuir la cantidad de energía suministrada.
1.4 Justificación
Con fines de comparación es necesario obtener de forma empírica las curvas de
conversión de reactivos (C2H5OH) y selectividad de productos (H2, CO2, CO, CH4, etc.)
para los catalizadores empleados en el proceso ESR a diferentes condiciones de operación.
Por tanto, previamente, se requiere de la construcción de un sistema de reacción
experimental con la participación de una propuesta de instrumentación y control que
asegure los valores correctos de operación para las variables de interés tales como
temperatura y flujo. Este trabajo explora la aplicación de los conocimientos adquiridos en
las asignaturas de Instrumentación y Control de Procesos II del Programa vigente de
estudios de la carrera de Ingeniería en Control y Automatización impartida en IPN-ESIME-
Zacatenco. La aplicación de esta propuesta de estudio sin duda coadyuvará a establecer las
condiciones de operación óptimas del reactor para maximizar la producción de H2 con
cantidades mínimas de CO. Cabe mencionar que esta Tesis de Licenciatura es un producto
derivado de los proyectos de investigación IPN-SIP-20121114 e IPN-SIP-20131760.
8
Capítulo 2. Instrumentación y control del proceso
2.1 Control en cascada
La principal desventaja del control en lazo cerrado (Feed Back Control, en inglés) es
que la acción correctiva para las perturbaciones, que afectan al proceso, comienza hasta
después de que la variable controlada se desvía del punto de consigna (set-point) inicial. Al
respecto, el control por acción pre-calculada (Feed Forward Control, en inglés) ofrece
mejoras sobre la retroalimentación convencional sobre todo en la diminución de retrasos o
tiempos muertos. No obstante, este tipo de control requiere que las perturbaciones se midan
explícitamente además de la disposición de un modelo matemático para calcular la salida
del controlador [12].
El empleo de un punto de medición interno y un controlador con una retroalimentación
secundaria (bucle interno), es un enfoque alternativo que puede mejorar significativamente
la respuesta dinámica ante las perturbaciones del sistema [13]. El punto de medición
interno se sitúa de manera que la perturbación se reconoce antes de que afecte a la variable
controlada. Cabe aclarar que la alteración no se mide necesariamente, en este caso solo se
estiman sus efectos. Este método, se llama control en cascada (Cascade Control, en inglés)
y se utiliza ampliamente en las industrias de proceso (Fig. 3). Es particularmente útil
cuando las perturbaciones están asociadas con la variable manipulada o cuando el elemento
final de control presenta un comportamiento no lineal. La estructura del control en cascada
tiene dos importantes características:
1. La señal de salida del controlador maestro (primario) se convierte en el set-point
(punto de consigna) del controlador esclavo (secundario).
2. Los dos bucles de control de retroalimentación están anidados. Es decir, el circuito
de control secundario para el controlador esclavo se sitúa dentro del bucle de control
primario para el controlador maestro.
9
Fig. 3. Diagrama de bloques general de un control en cascada.
10
El esquema general del control en cascada se presenta en la figura 3. Como se puede
apreciar existen dos variables controladas y se requiere de dos sensores, dos controladores y
una variable manipulada. Esto difiere considerablemente del control convencional el cual
solo emplea una variable controlada, un sensor, un controlador y una variable manipulada.
2.1.1 Consideraciones de diseño
Como se discutió previamente, el control en cascada puede mejorar la respuesta
ante cambios ambientales u operacionales que afecten al proceso mediante el uso de un
punto intermedio de medición y dos controladores de retroalimentación. Sin embargo,
generalmente, la principal preocupación es su rendimiento en la presencia de
perturbaciones. En la figura 3 la perturbación (D2) se compensa por retroalimentación en el
bucle interior. La función de transferencia del proceso (Gp1) del proceso (suponiendo que
Ysp1 = D1 = 0) se obtiene mediante álgebra de bloques como se muestra a continuación.
Y1 = GP1Y2 (13)
Y2 = Gd2D2 + Gp2GvGc2E2 (14)
E2 = Ỹsp2 – Ym2 = Gc1E1 - Gm2Y2 (15)
E1 = –Ym1 = – Gm1 Y1 (16)
Resolviendo para Y1/D2 resulta:
Y1D2
= Gp1 Gd2
1 + Gc2 Gv Gp2 Gm2+ Gc1 Gc2 Gv Gp2 Gp1 Gm1 (17)
A partir de un análisis similar, las funciones de transferencia para los bucles externo
e interno son:
Y1Ysp1
= Gc1 Gc2 Gv Gp1Gp2 Km1
1 + Gc2 Gv Gp2 Gm2 + Gc1 Gc2 Gv Gp1 Gp2 Gm1 (18)
11
Y2Ỹsp2
= Gc2 Gv Gp2
1 + Gc2 Gv Gp2 Gm2 (19)
Para las perturbaciones en D1, la función de transferencia del lazo cerrado es:
Y1D1
= Gd1 (1+Gc2 Gv Gp2 Gm2)
1+Gc2 Gv Gp2 Gm2+Gc1 Gc2 Gv Gp2 Gp1 Gm1 (20)
Se pueden hacer varias observaciones sobre las ecuaciones anteriores. En primer
lugar, el sistema de control en cascada tiene la siguiente ecuación característica:
1 + Gc2 Gv Gp2 Gm2 + Gc1 Gc2 Gv Gp2
Gp1 Gm1 = 0 (21)
Si el bucle interno fuese removido (Gc2=1, Gm2=0), la ecuación característica seria
la misma que para un control convencional de retroalimentación.
1 + Gc1 Gv Gp2 Gp1
Gm1 = 0 (22)
Si el bucle esclavo responde más rápido que el bucle maestro, el sistema de control
en cascada tendrá una mejor estabilidad y por lo tanto debe permitir valores más grandes
para Kc1 a utilizar en el bucle de control principal. El control en cascada, también convierte
al lazo cerrado menos sensible a los errores en el modelo de proceso empleado para diseñar
el controlador. Es necesario precisar que para que un sistema de control en cascada
funcione correctamente, el bucle de control secundario debe responder más rápido que el
bucle primario. Por tanto, el controlador secundario es normalmente un regulador
proporcional (P) o proporcional-integral (PI), dependiendo de la cantidad de
desplazamiento que se produciría solo con un control proporcional. Se debe tener en cuenta
que se pueden tolerar pequeños desplazamientos en el lazo secundario porque el lazo
primario los podrá compensar. El control proporcional-integral-derivativo (PID) se emplea
muy poco en el circuito secundario. El controlador primario es generalmente un PI o PID.
12
2.2 Descripción de la planta experimental de micro-reacción
En la figura 4 se muestra el equipo experimental propuesto para realizar los
experimentos de la reacción ESR. El sistema consta principalmente de tres secciones:
alimentación, reacción, y análisis. A continuación se da una breve descripción de la
operación. La mezcla reactiva C2H5OH/H2O se vaporiza, previamente, y posteriormente se
introduce al reactor empleando He como gas de arrastre. El reactor está montado
verticalmente en el interior de un horno que le suministra energía para su calentamiento. La
temperatura del reactor se controla con la ayuda de un termopar tipo K y un termostato. El
catalizador se deposita sobre un lecho de vidrio poroso dentro del reactor. La masa de
catalizador puede variar (50-200 mg) dependiendo del espacio-velocidad deseado. El
intervalo de flujo total de gas es de 120 a 300 cm3·min-1 [14].
Fig. 4. Diagrama de flujo del equipo experimental instalado.
El análisis de la mezcla de gases, condensables y no-condensables, se realiza en línea
a la salida del reactor. Esta sección consiste de un cromatógrafo de gases HP 5890 Series II
y dos columnas capilares montadas en paralelo a la salida del inyector. La separación de los
gases no condensables (H2, CO, CO2, CH4) se realiza en una columna AT-MOLOSIEVE
1
2
3
4
I-4I-3
I-7I-6
I-9I-10
I-12I-13
P-27
Cromatógrafo
1. Gas adicional2. Nitrógeno3. Aire4. Hidrógeno
Mezclaetanol-agua
Vaporizador
Controlador de flujomásico
Válvula anti-retorno
Válvula detres vías
Horno conreactor de
cuarzo
Válvula on-off
13
conectada a un detector de conductividad térmica (TCD) en donde se cuantifican sus
concentraciones molares. Para la separación y cuantificación de los gases condensables
(C2H5OH, H2O, CH3CHO) se emplea una columna AT-1 conectada a un detector de
ionización de flama (FID).
Durante las pruebas experimentales la conversión de C2H5OH (X) en el reactor se
estimó a partir del flujo molar de C2H5OH alimentado menos el flujo molar de C2H5OH en
la salida, expresado como un porcentaje del flujo molar alimentado (ec. 23). La selectividad
(Si) y rendimiento (Yi) de cada producto (i=H2, CO2, CH3CHO, CH4 o CO) se estimaron a
partir de las ecuaciones 24 y 25, respectivamente.
X= (Flujo molar de C2H5OH)entrada-(Flujo molar de C2H5OH)salida(Flujo molar de C2H5OH)entrada
×100 (23)
Si=(Flujo molar de i)salida
(Flujo molar de C2H5OH)entrada- (Flujo molar de C2H5OH)salida (24)
Yi=(Flujo molar de i)salida
(Flujo molar de C2H5OH)entrada (25)
2.3 Diseño de la propuesta de instrumentación y control para el reactor
El sistema de control de temperatura para el reactor mostrado en la figura 5
corresponde a un lazo cerrado. La acción de control (aplicación de energía calorífica)
depende de la temperatura real del reactor, detectada (medida) en todo momento por el
termopar. Posteriormente, el termostato realiza la función de comparador entre la
temperatura de referencia y la retroalimentación. De esta forma, si el sistema lo requiere, la
acción de control se ejecutará sobre el proceso (Fig. 6). No obstante, un incremento o
disminución en la temperatura del reactor durante el experimento puede ocasionar
mediciones incorrectas de los datos experimentales obtenidos con el cromatógrafo de gases,
y por consiguiente, se estará realizando una deficiente estimación del grado de conversión
14
de C2H5OH y selectividad de productos. Por tanto, para disminuir estos inconvenientes es
necesario implementar una estrategia de control adicional.
Fig. 5. Control de temperatura por medio de un termostato.
Fig. 6. Diagrama de bloques para el control en lazo cerrado de la temperatura del reactor.
En la figura 7 se presenta el sistema de control básico para la temperatura del reactor
(T) a partir del suministro de un fluido de servicio en la camisa de
calentamiento/enfriamiento. Según sea el caso, el flujo de servicio se manipulará a través
de la apertura o cierre (%) de la válvula reguladora. Sin embargo este esquema de control
tendrá inconvenientes si en la corriente de servicio la temperatura de entrada (Ti) y/o el
flujo (Fref) varían continuamente de su punto de operación. Cabe recordar que, el calor
cedido por el reactor (-Q°) a la camisa de enfriamiento (sin cambio de fase, calor sensible),
está representado por la ecuación (26) donde se emplea al flujo másico (m°ref) y la
capacidad calorífica a presión constante (Cpref) para el fluido de servicio [15]. De esta
15
forma, La fuerza motriz para la transferencia (intercambio) de energía es la diferencia de
temperaturas entre el reactor (T) y la camisa de enfriamiento (Tr). Empleando a la densidad
(ρref) y el flujo volumétrico (Fref) la ecuación se reescribe como la ecuación 27.
-Q° = mref° ·Cpref
·(T-Tr) (26)
-Q° = ρref·Fref·Cpref·(T-Tr) (27)
Fig. 7. Sistema de control básico para la temperatura del reactor.
Como puede apreciarse, si las propiedades físicas se mantienen constantes, -Q° solo
es función de los valores de Fref y Tr. Por otro lado, la regulación de la energía retirada del
reactor por el fluido de servicio se realizará a través de una válvula de control (FV-A). Por
tanto, existe una relación directa entre la variable manipulada (U) del lazo de control y las
variables Fref y Tr (Fig. 8). Para ello, se establecen las siguientes funciones de transferencia
para la válvula, en el dominio de la frecuencia, (Gval(s)) representadas por las ecuaciones
(28-30). De esta forma, Tr y Fref son variables auxiliares internas que pueden manifestar el
efecto de las perturbaciones antes de que estas se propaguen a la variable de salida o
respuesta del sistema (T).
Gval(s) = -Q°(s) / U(s) (28)
Gval(s) = Tr(s) / U(s) (29)
Gval(s) = Fref(s) / U(s) (30)
16
En la figura 8 se representa el efecto de las perturbaciones (D1 y D2) al lazo (sistema)
de control retroalimentado mediante un diagrama de bloques. Para disminuir su efecto
sobre la respuesta del sistema, se propone un Control en Cascada empleando como
variables secundarias o auxiliares a Tr y Fref.
Fig. 8. Efecto de las perturbaciones sobre el lazo cerrado.
En la figura 9 se muestra el diagrama de bloques del sistema de control propuesto
para controlar la temperatura del reactor (T). Por simplicidad y diseño, es preferible medir
primero el flujo del refrigerante y posteriormente su temperatura.
Fig. 9. Diagrama de bloques para el control en cascada.
De esta forma el controlador del lazo interno-2 (esclavo, FC) será el responsable de la
apertura de la válvula a través de la variable manipulada (U). Por otra parte, el controlador
externo (TC1) (temperatura del reactor) fija el punto de consigna o set point del controlador
interno-1 (TC2) para la temperatura del fluido de servicio. Posteriormente, TC2 fija el punto
de ajuste del controlador interno-2 (FC) para el flujo del refrigerante. La presente
Estructura Avanzada de Control se denomina Control en Cascada Temperatura-
17
Temperatura-Flujo (T-T-F) y su diagrama de tubería e instrumentación (DTI) se muestra
en la figura 10. En la misma figura también se representan los bucles sencillos para
controlar el flujo de reactivo (Freact) y el nivel (h) del fluido(s) contenido(s) en el reactor.
Estas dos variables podrían integrarse en un lazo adicional de control en cascada como se
muestra en las figuras 11 y 12.
Fig. 10. Control en Cascada T-T-F para la temperatura del reactor.
Fig. 11. Bucle sencillo Temperatura-Flujo para controlar el nivel del reactor.
TT O1-B
TC
18
Fig. 12. Integración de los sistemas de control en cascada para controlar T y h del reactor.
TC
19
Capítulo 3. Desarrollo de la propuesta de instrumentación y control
3.1 Selección de la instrumentación
El primer criterio para la selección de los instrumentos fue tomar como base los
intervalos de operación para la realización de las pruebas de actividad catalítica en la
reacción ESR. Se sabe que los experimentos se realizan a presión atmosférica en un
intervalo de temperatura de 225 a 425 °C. El flujo de la mezcla reactiva en fase liquida es
0.05 ml/min, el cual se vaporiza previamente a 120 °C y posteriormente se introduce al
reactor con la ayuda del gas diluyente (He, 100 ml/min). En la tabla 1 se muestra un
resumen de las características de los transmisores y controladores empleados con sus
respectivas etiquetas de acuerdo al DTI mostrado en la figura 12. En las figuras 13, 14 y 15
se muestran los transmisores de flujo, temperatura y nivel. Por su parte en las figuras 16, 17
y 18 se presentan los controladores de flujo, temperatura y nivel.
Tabla 1. Intervalos de operación de los transmisores y controladores propuestos
NOMBRE DEL
INSTRUMENTO TAG SEÑAL RANGO UNIDADES ESPECTRO
TRANSMISOR DE
FLUJO FT-01 FT_01 0 a 9999 l/min 4-20 mA
TRANSMISOR DE
FLUJO FT-02 FT_02 0 a 9999 l/min 4-20 mA
TRANSMISOR DE
TEMPERATURA TT-01-A
TT_01_
A -180 a 760 °C 4-20 mA
TRANSMISOR DE
TEMPERATURA TT-01-B
TT_01_
B -180 a 760 °C 4-20 mA
TRANSMISOR DE
NIVEL LT-02 LT_02 -14.7 a 30 psig 4-20 mA
TRANSMISOR DE
NIVEL LT-03 LT_03 -14.7 a 30 psig 4-20 mA
20
Tabla 1. Intervalos de operación de los transmisores y controladores propuestos…continuación
CONTROLADOR
DE FLUJO FC-01 FC_01 0 a 1000 l/min 4-20 mA
CONTROLADOR
DE FLUJO FC-02 FC_02 0 a 1000 l/min 4-20 mA
CONTROLADOR DE
NIVEL LC-03 LC_03 0 a 30 psig 4-20 mA
CONTROLADOR DE
NIVEL LC-02 FC_02 0 a 30 psig 4-20 mA
CONTROLADOR DE
TEMPERATURA TC-01-A TC_01_A -210 a 1200 °C 4-20 mA
CONTROLADOR DE
TEMPERATURA TC-01-B TC_01_B -210 a 1200 °C 4-20 mA
Fig. 13. Instrumento analítico de proceso METTLER TOLEDO THORNTON para la
medición de flujo.
21
Fig. 14. Transmisor de temperatura ROSEMOUNT 644 de EMERSON.
Fig. 15. Transmisor de nivel por presión diferencial ROSEMOUNT 1199 de EMERSON.
22
Fig. 16. Instrumento para la medición y control de flujo de gas PARKER 204 A.
Fig. 17. Controlador de temperatura FANOX TP 750.
23
Fig. 18. Controlador de nivel NORRISEAL serie 1001 de DOVER.
3.2 Especificaciones de la válvula
Es recomendable que al solicitar una nueva válvula de control se den cuando menos
tres datos de operación, especificaciones, así como mencionar las funciones que se
requieren en la aplicación. Cuando se tenga la requisición, es importante revisar las bases o
fórmulas de cálculo y sus resultados, pues son la clave de un buen diseño. Se debe aprobar
solo la propuesta que cumpla con todo lo solicitado e invalidar la(s) propuesta(s) que no
tenga(n) muy claramente lo que se solicitó. Si se tienen dudas se deben consultar los libros
técnicos o al fabricante que se esté por seleccionar.
Las especificaciones para las válvulas de control indican las características mínimas
que se deben cumplir para satisfacer todas las condiciones de operación dependiendo del
tipo de aplicación y requerimientos del usuario. Todas las especificaciones se relacionan
con las partes de la válvula de control y el flujo de fluidos. La ISA es una institución
normalizadora y da herramientas para poder seleccionar, diseñar y calcular las diferentes
partes del cuerpo de la válvula según los requerimientos. A continuación se enlistan las
especificaciones para seleccionar una válvula de control como la que se muestra en la
figuras 19 y 20:
24
1. Actuador. El fabricante de las válvulas de control será el responsable del tamaño
seleccionado del actuador tomando en consideración las condiciones de operación y
otras especificaciones. Los actuadores pueden ser de tipo neumático de diafragma o
de pistón de doble acción. Para aplicaciones con válvulas mayores a dos pulgadas de
diámetro y caídas de presión mayores a 580 psi no deben emplearse actuadores de
diafragma. La presión del aire será de 135 psi. Se puede usar otro tipo de actuadores
como excepción por petición escrita del vendedor al comprador.
2. Materiales. El material de un actuador tipo pistón debe ser el requerido para dicha
aplicación y condiciones ambientales. El material de la tubería, válvulas y accesorios
para el aire entre el actuador y la válvula de control debe ser de acero inoxidable 316.
El diámetro mínimo debe ser de ¼ de pulgada NPT.
3. Funcionamiento. La inexactitud del funcionamiento de las válvulas debido a
cualquier limitación o desperfecto debe ser menor al 2%. Cuando se module el
actuador debe de presentar estabilidad con un error del 2% en las pruebas de fábrica y
campo.
4. Cuerpo. Cada válvula de control se debe diseñar y seleccionar para proveer una
operación y control confiable a las condiciones de operación y diseño especificadas.
La capacidad seleccionada de los internos de la válvula de control debe de cumplir
con lo siguiente:
a) Para una característica de igual porcentaje, los internos deben operar al 95% de
carrera a un flujo máximo.
b) Para características lineales y de apertura rápida, los internos deben de operar al
90% a un flujo máximo.
c) Cuando se menciona 90% o 95% se refiere a la apertura que debe mostrar la
válvula de control con flujo máximo a la capacidad CV requerida que cumpla con
el criterio mencionado.
25
d) Se le llama “CV requerida” a la capacidad CV actual de la válvula. Se le llama
“CV seleccionada” a las aplicaciones específicas que pueden requerir una
capacidad CV sobredimensionada.
e) Debe tomarse en cuenta el factor FP cuando la válvula de control se va a
colocar entre reductores u otros accesorios, por lo que CV debe ser corregida
debido a la reducción de capacidad de la válvula.
f) Los internos de una válvula de control pueden ser muy sencillos pero reducen
su área mientras más ocupan espacio dentro del cuerpo de una válvula. El cuerpo
de una válvula de control con internos reducidos deben ser considerados para
aplicaciones con las siguientes consideraciones:
f.1) Caídas de presión mayores a 750 psi.
f.2) Velocidades de salida de gas o vapor que excedan 0.3 Mach.
f.3) Nivel de ruido alto superior a 85 decibeles audibles.
f.4) Vaporización instantánea sostenida mayor al 5% del líquido en cuestión.
f.5) Fluidos erosivos si se proyecta aumento de capacidad en el futuro.
g) Para cualquier caso, el tamaño del cuerpo de la válvula no debe exceder el
tamaño de la tubería que la contendrá.
h) El tamaño de la válvula de control seleccionada debe cumplir con cualquier
variación de flujo a todas las condiciones de operación especificadas. La condición
de flujo mínimo especificada debe ser totalmente controlable.
i) El cuerpo de la válvula debe calcularse para que tenga el grueso suficiente
debido a las condiciones de presión y temperatura especificadas.
5. Internos. Los internos de una válvula de control tienen una parte fija y una parte
móvil. Esta última permite que la válvula se mantenga abierta o cerrada y depende de
los siguientes factores:
a) Velocidad.
Para un líquido. La velocidad de un líquido a la salida de los internos de la
válvula de control debe ser menor a 23 m·s-1. Nótese que no se indica a la
salida de la válvula, pues ahí seria ya la velocidad correspondiente a la tubería.
26
Los internos que permiten hacer un diseño a la medida de la aplicación son los
que se llaman tipo multipasos o multietapas. Al entrar el líquido a la válvula se
divide en varios pasajes o pasos de flujo y cada pasaje contiene una serie de
etapas o accesorios como los de una tubería (codos, expansiones) con cambios
de dirección en 90 grados. Estos accesorios reducen la velocidad del líquido al
hacerlo circular por un número suficiente de etapas las cuales resultan de
aplicar la ecuación de Darcy. La velocidad del líquido se debe alcanzar sin
artificios en la tubería anterior y posterior a la válvula de control.
Para un gas. En un gas o vapor la velocidad de salida de los internos de la
válvula de control debe ser equivalente a una cabeza-velocidad (Vh) menor a
70 psi. El Vh es igual a la densidad del gas multiplicada por la velocidad al
cuadrado y dividido entre 2g, que es la constante universal de cálculo. Se
prefiere al Vh porque el gas es un fluido compresible que varía su densidad con
el peso molecular, presión y temperatura. Desde luego que si se habla de
velocidad, se debe siempre recordar que no se deben manejar velocidades
cercanas al March correspondiente del gas o vapor, pues se tendrían
vibraciones en la válvula de control que pudieran fracturar el material en
alguna parte del sistema. En aplicaciones de operación poco frecuentes se
puede aceptar una Vh<150 psi. Los internos que permiten un diseño a la
medida de la válvula de control cuando se tienen grandes caídas de presión
para regular la velocidad del gas o vapor, son aquellos de tipo multietapas o
multipasos. Estos internos tendrán las etapas requeridas por donde circulará el
gas para disminuir la velocidad.
b) Dirección de flujo.
Para un líquido. La dirección del líquido en la válvula de control debe ser por
arriba del tapón o sea en el sentido en que la válvula cierra. Esto es porque los
líquidos suelen llevar sólidos (óxidos u otro material), los cuales serían
atrapados en la pila de discos o en la caja de la válvula y solamente pasarían
las partículas sólidas que dejaran pasar los internos.
27
Para un gas. La dirección del gas o vapor en la válvula de control puede ser
por abajo o por arriba del tapón si se trata de un fluido limpio. Si se sospecha
que exista contaminación con sólidos es imperativo que la dirección del gas
sea por arriba del tapón para proteger los asientos de la válvula por los defectos
de los sólidos que pudieran causar erosión y abrasión.
c) Anillo igualador de presión.
Para un líquido. Los internos deben de contener un anillo igualador de
presión que distribuya el flujo de líquido alrededor del tapón para evitar
vibración por concentración de flujo en una sola sección y flexionamiento del
tapón provocando que se pegue en una sola posición.
Para un gas. Los internos de la válvula deben de contener un anillo igualador
de presión para distribuir el flujo alrededor del tapón, a fin de evitar vibración
inducida por el flujo concentrado en una sección y que el tapón se flexione.
d) Nivel del sonido. El nivel de sonido de un gas o vapor a la salida de los
internos de una válvula de control debe ser menor a 85 decibeles audibles a un
metro de distancia sin aislamiento de ningún tipo. El ruido se genera por el paso
del gas a través de la válvula y si se modera el ruido con aislamiento el efecto
físico del ruido a la válvula no se elimina. El nivel de sonido menor a 85
decibeles audibles a un metro de distancia se debe alcanzar sin artificios
(orificios, deflectores) en la tubería anterior y posterior a la válvula. Para
aplicaciones no frecuentes y recirculación se acepta un nivel de sonido menor a
90 decibeles.
28
Fig. 19 Válvula de control Valtek.
29
Fig. 20. Componentes de una válvula de control.
3.3 Evaluación de actividad catalítica.
Para comprobar el sistema de reacción implementado junto con su sistema de control
se realizaron experimentos de medición de actividad catalítica para los catalizadores tipo
Rh/Ce-MCM-41 en la reacción de reformación de etanol con vapor de agua (ESR). La
30
figura 21 muestra la conversión de C2H5OH y rendimientos de productos bajo presión
atmosférica en un intervalo de temperatura entre 225 y 425 °C.
Fig. 21. Efecto de la temperatura en la conversión de C2H5OH y rendimientos de productos
sobre los catalizadores Rh/Ce-MCM-41. WHSV=27 h-1, relación molar H2O/C2H5OH=3.
) Rh/Ce-MCM-41-50, ) Rh/Ce-MCM-41-30, ) Rh/Ce-MCM-41-10, ) Rh/Ce-Im-
MCM-41-50, ) Rh/MCM-41.
0
20
40
60
80
100
200 250 300 350 400 450
Eth
anol
con
vers
ion
(mol
%)
Temperature (°C)
0
1
2
3
4
5
6
200 250 300 350 400 450
H2
yiel
d (m
ol/m
ol)
Temperature (°C)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
200 250 300 350 400 450
CO
2yi
eld
(mol
/mol
)
Temperature (°C)
0.00
0.02
0.04
0.06
200 250 300 350 400 450
CH
3CH
O y
ield
(mol
/mol
)
Temperature (°C)
0.00
0.05
0.10
0.15
200 250 300 350 400 450
CH
4yi
eld
(mol
/mol
)
Temperature (°C)
0.00
0.05
0.10
0.15
200 250 300 350 400 450
CO
yie
ld (m
ol/m
ol)
Temperature (°C)
a) b)
c) d)
e) f)
31
Para todos los catalizadores en la figura 21a se observa que la conversión de C2H5OH
se incrementa con el aumento de la temperatura de reacción. Por su parte, los rendimientos
de H2, CO2, CH4, y CO también se incrementan directamente con la temperatura (Figs. 21b-
c, e-f). Sin embargo, la formación de CH3CHO mostro un máximo entre 225 and 425 °C
(Fig. 21d). Los comportamientos catalíticos anteriores se pueden explicar de acuerdo a las
reacciones que toman lugar en el proceso ESR (ecs. 31-35).
C2H5OH→C2H4O+H2 ∆hr0=68.0 kJ
mol (31)
CH3CHO→CH4+CO ∆hr0=-19 kJ
mol (32)
CH4+2H2O→CO2+4H2 ∆hr0=165.1 kJ
mol (33)
CO+H2O→CO2+H2 ∆hr0=-41.2 kJ
mol (34)
-----------------------------------------------------------------------
C2H5OH+3H2O→6H2+2CO2 ∆hr0=173.4 kJ
mol (35)
La reformación de etanol vía una ruta de deshidrogenación (ec. 31) puede producir
CH3CHO que fácilmente podría descomponerse en CH4 y CO a una temperatura mayor que
325 °C (ec. 32), por lo tanto, se observa un rendimiento máximo de CH3CHO entre 225 y
425 °C. Es digno de mencionar que el CH4 y CO deberían de reaccionar con H2O para
incrementar el rendimiento hacia H2 a través de la reacción de reformación de CH4 (ec. 33)
y la reacción de desplazamiento del gas de agua (WGS, por sus siglas en inglés) (ec. 34),
respectivamente. Sin embargo, la reacción WGS es exotérmica y, por tanto, sensible a la
temperatura. En este sentido, el equilibrio termodinámico solo favorece una conversión alta
de CO y vapor de H2O hacia H2 y CO2 a bajas temperaturas, con la tendencia de
desplazarse hacia los reactivos conforme la temperatura incrementa de acuerdo al principio
de Le Chatelier [15]. Por tanto, cuando la temperatura es mayor a 375 °C, el rendimiento de
CO se incrementa con el incremento de la temperatura (Fig. 21f) y predomina la reacción
de reformación de CH4 con vapor de H2O en comparación con la reacción WGS. Así, como
resultado de esas reacciones se obtienen rendimientos altos de H2 y CO2.
32
La figura 22 muestra la selectividad de los productos (mol producido de i por mol
convertido de C2H5OH) obtenida para una conversión de C2H5OH de 52% mol. La mayor
selectividad hacia H2 (5.30 mol/mol) se obtuvo sobre el catalizador Rh/Ce-MCM-41-50.
Fig. 22. Selectividad de productos para la reacción ESR sobre varios catalizadores a una
conversión de C2H5OH de 52% mol. (a) Rh/Ce-MCM-41-50, (b) Rh/Ce-MCM-41-30,
(c) Rh/Ce-MCM-41-10, (d) Rh/Ce-Im-MCM-41-50, (e) Rh/MCM-41.
H2
CO2
CH3CHO CH4 CO0
1
2
3
4
5
6
Sele
ctiv
ity (m
ol/m
ol)
H2
CO2
CH3CHO CH4 CO0
1
2
3
4
5
6
Sele
ctiv
ity (
mol
/mol
)
H2
CO2
CH3CHO CH4 CO0
1
2
3
4
5
6
Sele
ctiv
ity (m
ol/m
ol)
H2
CO2
CH3CHO CH4 CO0
1
2
3
4
5
6Se
lect
ivity
(mol
/mol
)
H2
CO2
CH3CHO CH4 CO0
1
2
3
4
5
6
Sele
ctiv
ity (m
ol/m
ol)
f) g)
h) i)
j)
33
Las selectividades de los productos a una conversión de 52% son las siguientes:
H2=5.05±0.13, CO2=1.62±0.04, CH3CHO=0.09±0.03, CH4=0.10±0.03 and CO=0.1±0.04.
Para esta conversión de C2H5OH, las variaciones de las selectividades para H2, CO2, CO y
CH4 sobre los diferentes catalizadores, es bastante pequeña. Por lo tanto, la selectividad de
los productos es independiente del contenido de cerio en el soporte catalítico. Cabe
resaltar, que de acuerdo a estos resultados se logró obtener un gran rendimiento hacia
H2 con una mínima cantidad residual de CO en el flujo de salida del reactor. Por
tanto, se cumplió con el objetivo principal para la elaboración de esta tesis de
licenciatura.
34
Capítulo 4. Aspectos económicos
4.1 Costos de equipos
A continuación se mostrará la cotización realizada para implementar el sistema de
control de temperatura en el seno del reactor de la planta de micro-reacción (Tabla 2).
Tabla 2. Cotización de equipos
CANTIDAD PRODUCTO/DESCRIPCIÓN PRECIO
UNITARIO
SUB
TOTAL
6 Controlador Omron (temperatura, flujo, nivel) $1,200.00 $7,200.00
2 Transmisor de temperatura modelo
3051S1T4A2F5A1AT4D1D4K5M5K5MQ4T1 $1,000.00 $2,000.00
2
Transmisor de nivel modelo
3051S1TG4A2A11A1ADA1C4D2D5K5M5Q4Q
TT1Q33
$1,000.00 $2,000.00
2 Transmisor de flujo modelo
3051S1CD4A2F52A1ADAD1D4K5M5Q4Q4T1 $1,000.00 $2,000.00
1
Licencia del software para configuración y
visualización TRISEN CONFIGURATION
SOFTWARE
$20,000.00 $20,000.00
3 Válvula y posicionador marca VALTEK, Modelo
32-FA $40,000.00 $120,000.00
1
HP Z1 Workstation-Intel Core i3, 3.3 Ghz, Cache
3 Mb, 2 núcleos, Intel HD Graphics 2000, Four
memory slots, up to 32 Gb, Intel Gb LAN,
802.11a/b/g/n Wireless LAN, Bluetooth, Genuine
Windows 7 Professional 32-bit, 64-bit
$50,000.00 $50,000.00
SUBTOTAL $203,200.00
(PRECIO DÓLAR: $12.79 A LAS 11:24 17/10/12) I.V.A. $32,510.00
PRECIO SUJETO A CAMBIO SIN PREVIO AVISO TOTAL $235,712.00
35
4.2 Costos de Ingeniería
A continuación se describen los aspectos relevantes de los costos de Ingeniería. La
instalación de los transmisores, válvula de control y el cableado de las señales de éstos
hacia la PC serán realizados por una compañía externa a la cual se le pedirá una cotización
que incluya:
o Calibración de los instrumentos.
o Instalación de los instrumentos.
o Costo del material para la instalación: cables, tuberías, conectores, gabinetes
de control y mano de obra.
Nota: Se anexa hoja de cotización en la siguiente página.
Las características que se le dan a la compañía son:
a) 5 m desde el reactor hasta la PC de control del proceso.
b) Se requiere instalar 6 transmisores (2 de temperatura, 2 de flujo y 2 de nivel)
con su respectiva base de soporte.
c) Se requiere la instalación de 3 válvulas de control (fluido de servicio, reactivos
y productos).
d) Tubería conduit, pared gruesa de 1 pulgada y cable de instrumentación.
e) Entrega de certificado de las curvas de calibración de cada uno de los
instrumentos en campo.
36
CONTROL E INSTALACIONES ELÉCTRICAS INDUSTRIALES S.A. de C.V.
RFC: CI250890T18D01, Tel: (0177)87-86-02-50 ext. 225
Adolfo Ruiz Cortinez # 65, Col. Centro, C.P. 40278 Pachuca Hidalgo
Atención: Ing. Alfonso Briseño Ocegueda
P R E S E N T E
A petición del interesado, se manda la hoja de cotización para la instalación de
tubería, cableado y montaje del equipo de control e instrumentación de las variables de
temperatura, flujo y nivel de un reactor CSTR. (Tabla 3).
Tabla 3. Cotización para la instalación
Partida Descripción Cantidad/
unidad Costo unitario Costo total
1 Tubería conduit de ½’’ de diámetro pared
gruesa 10 piezas $310.00 $3,100.00
2 Coples para tubo conduit de ½ ‘’ pared
gruesa 5 piezas $39.00 $195.00
3 Tubo licuatite de ½‘’ 5 metros $80.00 $400.00
4 Conector recto para tubo licuatite ½“ 4 piezas $150.00 $600.00
5 Conector curvo para tubo licuatite ½‘’ 4 piezas $205.00 $820.00
6 Condulet LB de ½’’ 4 piezas $105.00 $420.00
7 Cinta de aislar 3M 3 piezas $34.00 $102.00
8 Reducción bushing de ½’’ 4 piezas $25.00 $100.00
9 Tubo conduit de ½ pulgada pared gruesa
40 metros 1 piezas $118.00 $118.00
10 Tubing de ¼’’ acero inox. 5 metros $500.00 $2,500.00
11 Conexión para tubing de ¼’’ 4 piezas $500.00 $2,000.00
12 Tubo licuatite de ½ ‘’ 5 metros $50.00 $250.00
13 Unicanal de 1’’ 1 metros $45.00 $45.00
14 Ducto cuadrado 1 metros $60.00 $60.00
15 Abrazaderas tipo omega 10 piezas $10.00 $100.00
37
16 Canal para soporte de tubo conduit 3 metros $35.00 $105.00
17 Taquetes de expansión para concreto
HILTI 30 piezas $8.50 $255.00
18 Cinturones de plástico 10 cm paquete 1 piezas $200.00 $200.00
19 Pijas de 1’’ número 8 20 piezas $1.50 $30.00
20 Cable BELDEN para instrumentos 10 metros $25.00 $250.00
22 Clemas ALLEN BRADLEY 1 piezas $55.00 $55.00
23 Gabinete de control 1 piezas $10,000.00 $10,000.00
24 Instalación de instrumentos 6 piezas $2,000.00 $12,000.00
25 Instalación de válvula 3 piezas $3,500.00 $10,500.00
27 Instalación de gabinete y controlador 3 piezas $5,000.00 $15,000.00
28 Mano de obra $60,000.00
29 Gastos varios $10,000.00
30 Gastos de transportación $2,000.00
31 Gastos indirectos $4,000.00
32 Gatos de Hospedaje $5,000.00
Subtotal $140,205.00
(PRECIO DÓLAR: $12.79 A LAS 11:24 17/10/12) I.V.A. $22,432.80
PRECIO SUJETO A CAMBIO SIN PREVIO AVISO Costo total $162,637.80
ATENTAMENTE
_________________________________________
Ing. Daniel Ares Goycolea
Jefe de proyectos de área Norte
38
4.3 Costos de puesta en marcha
Para el costo de la puesta en marcha de la propuesta de instrumentación y control es
necesario que se consideren los siguientes aspectos:
Prueba de señales de campo en los controladores.
Configuración de HMI.
Arranque y sincronización.
Inducción al manejo del equipo.
De acuerdo a los puntos pasados, se estima un tiempo de trabajo de 10 horas en
campo con un costo total de $15,233.33 + I.V.A. Lo cual da un total de $17,670.66.
4.4 Costos totales
A continuación en la tabla 4 se presenta el costo total del proyecto “Propuesta para
el control de la temperatura del reactor de una planta de micro-reacción”. Este costo
incluye:
Tabla 4. Costo Total para la implementación
Actividad Costo
Equipo e instrumentos $235,712.00
Materiales e instalación $162,637.80
Puesta en marcha $17,670.66
Costo total del proyecto $416,020.46
39
Capítulo 5. Conclusiones
Este trabajo ha demostrado que las variables de temperatura, flujo y nivel en el proceso
de reformación de etanol con vapor agua (ESR) se pueden controlar empleando una
estructura avanzada de control. Particularmente, el control en cascada puede disminuir los
efectos de las perturbaciones (temperatura y flujo de un fluido de servicio) sobre la
temperatura del reactor.
Se presenta un estudio técnico y económico para la implementación de la propuesta.
Para ello se diseñó la estrategia tomando en consideración los aspectos de diseño del
control en cascada. Posteriormente, tomando en cuenta los instrumentos y controladores
requeridos se consultaron las especificaciones proporcionadas por los proveedores. A partir
del banco de información creado se tomaron las decisiones del equipo a emplear y
posteriormente se solicitó su respectiva cotización. Finalmente, se realizó una estimación
total que incluye el costo de equipo, mano de obra y puesta en marcha.
Como pruebas de funcionamiento del sistema se realizaron experimentos para la
reacción ESR bajo presión atmosférica y temperaturas entre 225 y 425 °C. Se probaron
catalizadores tipo Rh/Ce-MCM-41 con carga metálica de Rh de 1% en peso y relaciones
molares Si/Ce de 10, 30 y 50 en el soporte. Comparado con el catalizador Rh/MCM-41, la
introducción de cerio en la estructura del soporte mejoró profundamente la actividad
catalítica y rendimiento hacia H2 por aproximadamente 2-3 veces. Sin embargo, la cantidad
y el método de incorporación de Ce en la estructura MCM-41 tuvieron un gran impacto en
el desempeño catalítico de los catalizadores. La conversión de etanol a 425 °C sobre los
catalizadores Rh/Ce-MCM-41 se incrementó de 90.0 % a 95.1 % y 99.9 %, conforme la
relación molar Si/Ce aumentó de 10 a 30 y 50. Por otro lado, todos los catalizadores
produjeron cantidades mínimas de CO.
40
Referencias
[1] Hunter P., Oyama S. T., Control of Volatile Organic Compound Emissions (2000),
Ed. Wiley Interscience.
[2] Cabtree G. W., Dresselhaus M. S., Buchanan M. V., Physics Today (2004), 39.
[3] G. Hoogers. Fuel Cell Technology Handbook, CRC Press, U.S.A., 2003.
[4] D. Gielen, G. Simbolotti, Prospects for Hydrogen and Fuel Cells, Organisation for
Economic Co-Operation and Development and International Energy Agency,
France, 2005.
[5] Brown M. L., Green A. W., Industrial Engineering Chemical (1960), 52, 841.
[6] Avgouropoulos G., Ioannides T., Applied Catalysis B: Environmental (2003), 244,
155.
[7] Park J. W., Jeong J. H., Yoon W. L., Jung H., Lee H. T., Lee D. K., Park Y. K.,
Rhee Y. W., Applied Catalysis A: General (2004), 274, 25.
[8] Lui Y., Fu Q., Stephanopoulos M. F., Catalysis Today (2004), 93-95, 241.
[9] Mariño F., Descorme C., Duprez D., Applied Catalysis B: Environmental (2005),
58, 175.
[10] O.A. González Vargas, J.A. de los Reyes Heredia. A. Montesinos Castellanos, L.F.
Chen, J.A. Wang, Materials Chemistry and Physics, 139 (2013) 125.
[11] P. D. Vaidya, A. E. Rodrigues. Chem. Eng, J., 117 (2006) 39.
[12] George Stephanopoulus, Chemical Process Control, An Introduction To Teory and
Practice, Prentice Hall, First Edition, 1984.
[13] Dale E. Seborg, Thomas F. Edgar, Duncan A. Mellichamp, Process Dynamics and
Control, Wiley, Second Edition, 2004.
[14] O.A. González Vargas, Tesis de Doctorado en Ciencias (Ingeniería Química),
Universidad Autónoma Metropolitana-Unidad Iztapalapa, México, 2013. (en
revisión).
[15] David. M. Himmelblau, Principios Básicos y Cálculos en Ingeniería Química,
Pearson-Prentice Hall, Sexta edición, 2002.
41
Apéndice. Manuales de transmisores y controladores empleados
Transm
isoresanalíticos
Transmisores M300para un análisis de líquidos exhaustivo
THORNTONLíder en el análisis de agua pura
Transmisores M300Conductividad /Resistividad
pH /ORP
Oxígeno disuelto
Ozono disuelto
Flujo / Flujo total
La gama M300 de instrumentos analíticos de proceso de METTLER TOLEDO THORNTONofrece modelos monocanal, multicanal y multiparámetro para la medición de la conductivi-dad / resistividad, el pH /ORP, el oxígeno disuelto, el ozono y el caudal. Tanto la carcasa¼ DIN como la ½ DIN permiten un cómodo montaje sobre panel, pared o tubería.
Características Gran pantalla retroiluminada de cuatro líneas Modelo compacto ¼ DIN para montaje en panel con sellado depanel NEMA 4X, IP65
Modelo robusto ½ DIN para montaje en pared con cubiertaposterior NEMA 4X, IP65
Protección con contraseña a dos niveles seleccionable por el usuario Diagnóstico de sensor de pH en línea Control PID interno con relé o salida analógica Puerto USB para configuración y adquisición de datos Entradas de sensor directas para todos los parámetros Compatible con los sensores Thornton existentes Conectores de terminales de conexión para un cableado sencillo Fuente de alimentación universal CA /CC Varios idiomas: inglés, francés, alemán, italiano, español Conforme con CE, cumple con la normativa UL para su uso en EE. UU. y Canadá
AplicacionesTratamiento de agua pura y ultrapura para la limpieza de semiconductores, la generación crítica de agua de relleno porenergía /vapor y agua farmacéutica.
Procesamiento de semiconductores en limpiadores y bancos de trabajo para ensayos por vía húmeda con mediciónde la resistividad y compensación de la temperatura precisas.
Control de la química de ciclo y enfriamiento de estator en centrales eléctricas con una compensaciónextraordinariamente precisa de la temperatura para la medición de la conductividad específica y catiónica,del pH y del oxígeno disuelto con un mantenimiento mínimo.
Control de aguas farmacéuticas para cumplir los requisitos de conductividad según USP, EP y JP, con tablasintegradas de límites de alarma.
Regeneración, reciclaje y tratamiento de aguas residuales en las aplicaciones industriales antes mencionadaspara la detección, eliminación y neutralización de contaminantes.
Parámetro Canales Salidas Especif. en la página*
Conductividad / resistividad 1 2 analógicas; 4 relés 3
Conductividad / resistividad 2 4 analógicas; 6 relés 3
pH /ORP 1 2 analógicas; 4 relés 4
Conductividad / resistividad, pH /ORP
Oxígeno disuelto, ozono 2 4 analógicas; 6 relés 5
Flujo 1 2 analógicas; 4 relés 6
Flujo 4 4 analógicas; 4 relés 6
* Especificaciones físicas y eléctricas en la página 7, referencias en la página 10.
Transm
isoresM300
2
La referencia para la mediciónen el tratamiento de agua pura
Selección de modelo
Modelos de uno y dos canales Medición y compensación de temperatura de máxima precisión El amplio intervalo de medición permite llevar a cabo la verificación segúnlas normas ASTM, incluso en mediciones de agua pura
Mediciones de la conductividad / resistividad con dos y cuatro electrodos Cálculo del % de rechazo en la ósmosis inversa disponible en los modelosde dos canales
Lectura directa de la concentración de flujo ácido y cáustico Puntos de referencia de alarma según USP ‹645› y EP
Especificaciones de mediciónEspecificaciones funcionales
Intervalos de conductividad / resistividad
Sensor constante 0,01 De 0,002 a 200 µS/cm (de 5000 Ω-cm a 500 MΩ-cm)
Sensor constante 0,1 De 0,02 a 2000 µS/cm (de 500 Ω-cm a 50 MΩ-cm)
Sensor constante 10 De 50 a 40 000 µS/cm (de 25 a 20 KΩ-cm)
Sensor de cuatro electrodos De 0,01 mS/cm a 650 mS/cm (de 1,54 Ω-cm a 100 KΩ-cm)Es posible seleccionar la lectura en intervalos S/m equivalentes
Intervalos de concentración de HCl, NaOH, H2SO4 0-20 %, 0-15 %, 0-20 %
Intervalos TDS (CaCO3 y NaCl) Intervalos de conductividad equivalente de cubierta
Cálculo de parámetros (2 canales) % de rechazo, cálculos de pH en central eléctrica basados en la conductividad específica ycatiónica, y CO2 basado en la conductividad catiónica y desgasificada
Resolución Cuatro dígitos significativos, con intervalo automático
Tasa de actualización Pantalla y salidas, una vez por segundo
Intervalo de medición de la temperatura De -40 a 200 °C (de -40 a 392 ºF), 0,1º de resolución
Entrada de sensor de temperatura RTD, PT1000 (PT100 con adaptador)
Compensación de temperatura Seleccionable: Std (pureza alta estándar Thornton/Light), Light 84, Std que toma 75 °C como referen-cia, lineal %/°C, 50 % de glicol, 100 % de glicol, catiónica, amoníaco, alcohol isopropílico, ninguna
Distancia máxima del sensor 61 m (200 ft); 15 m (50 ft) con sensores de 4 electrodos
Rendimiento
Precisión de conductividad / resistividad ±0,5 % de la lectura o 0,5 Ω (el valor mayor), hasta 18 MΩ-cm
Repetibilidad ±0,1 % de la lectura
Precisión de temperatura relativa ±0,25 ºC (±0,45 ºF)
Resolución de temperatura 0,01 °
Repetibilidad de temperatura ±0,13 °C (±0,23 °F)
Salidas (consultar las clasificaciones en la p. 7) Monocanal Dos canales
Puntos de referencia / alarmas 4: alto, bajo, fuera de, entre, USP, EP 6: alto, bajo, fuera de, entre, USP o EP
Relés 2 SPDT, 2 SPST de láminas 2 SPDT, 1 SPST NA, 1 SPST NC, 2 SPST de láminas
Señales de salida analógica 2 4
Entradas diferenciadas 1 2
Modelos de conductividad / resistividad M300
3
Especificaciones funcionales
Intervalos de pH /ORP De –1,00 a 15,00 pH, de –1500 a 1500 mV
Intervalo de temperatura De -30 a +130 °C (de -22 a 266 °F)
Sensor de temperatura RTD, PT1000 (PT100 con adaptador)
Compensación de temperatura Automática /manual para la salida de electrodo, más coeficiente de temperaturade solución ajustable para los efectos de ionización de la solución
Tasa de actualización Pantalla y salidas, una vez por segundo
Calibración De 1 o 2 puntos, con reconocimiento automático de la solución tampón
Diagnóstico Posibilidad de seleccionar la comprobación continua de la resistencia de la membrana ydel diafragma de referencia o la unión (con sensores de solución a tierra)
Rendimiento
Precisión relativa de pH, ORP ±0,03 pH, ±2 mV
Resolución de pH, ORP 0,01 pH, 1 mV
Precisión de temperatura ±0,25 ºC (±0,45 ºF)
Resolución de temperatura 0,1 °C
Salidas (consultar las clasificaciones en la p. 7)
Puntos de referencia / alarmas 4: alto, bajo, fuera de o entre
Relés 2 SPDT, 2 SPST de láminas
Señales de salida analógica 2
Entradas diferenciadas 1
Transm
isoresM300
4
Modelos de pH /ORP M300 Entrada directa de electrodo Diagnóstico de sensor en línea para el electrodo de medicióny de referencia
Reconocimiento automático de la solución tampón con unaextensa biblioteca de soluciones tampón
Control PID interno Punto de referencia alto / bajo combinado para alarmas fuerade una banda
Compensación de temperatura de la solución para efectos deionización de agua pura, así como compensación convencionalde temperatura de los electrodos
Limpieza automática del sensor
Especificaciones de medición
Hoja de datos del producto00813-0109-4016, Rev. MADiciembre 2011 Nivel por presión diferencial de Rosemount
Transmisores de nivel por presión diferencial y sistemas de sello modelo 1199 de Rosemount
PARA TRANSMISORES ROSEMOUNT MODELOS 3051S, 3051 Y 2051APLICACIONES
• Nivel, caudal, presión, interfaz y densidad
• Frío y calor extremos
• Procesos corrosivos, viscosos o que presentan obstrucciones
• Requisitos higiénicos
• Conexiones de proceso especiales
Contenido
Tecnologías de nivel de PD comprobadas, fiables e innovadoras . . . . . . . . . . . . página 2
Información para hacer pedidos
Sistema de sensor electrónico remoto Rosemount 3051S . . . . . . . . . . . . . página 4
Transmisor de nivel escalable Rosemount 3051S . . . . . . . . . . . . . . . . . . página 15
www.ro
Transmisor de nivel Rosemount 3051S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . página 32
Transmisor de nivel Rosemount 2051L. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . página 38
Sistemas de sello de montaje directo Rosemount 1199 . . . . . . . . . . . . . . página 43
Sistemas de sello de montaje remoto Rosemount 1199 . . . . . . . . . . . . . . página 48
Sellos bridados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . página 54
Sellos roscados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . página 70
Sellos higiénicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . página 74
Sellos especiales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . página 84
Especificaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . página 89
Certificaciones del producto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . página 100
Planos dimensionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .página 114
semount.com
Hoja de datos del producto00813-0109-4016, Rev. MA
Diciembre 2011Nivel por presión diferencial de Rosemount
2
Tecnologías de nivel de PD comprobadas, fiables e innovadoras
Para cumplir con los requisitos de su aplicación, las tecnologías de nivel de PD de Rosemount ofrecen una inigualable gama de productos fáciles de especificar, pedir e instalar. Esta gama incluye una amplia variedad de conexiones a proceso, conexiones de montaje directo o capilar y materiales de construcción para adaptarse a casi cualquier aplicación. Si no encuentra en esta lista lo que necesita, consúltenos. Podemos crear una solución diseñada a la medida para satisfacer sus necesidades.
Transmisores de nivel Rosemount
Los transmisores de nivel combinan instrumentación de presión Rosemount de clase mundial con sellos de montaje directo en un solo número de modelo.
Transmisores de nivel Rosemount 3051SAL, 3051L y 2051L
• Obtenga la mejor fiabilidad del sistema en su clase con sistemas totalmente soldados
• Las configuraciones inalámbricas ofrecen un nuevo acceso a los datos• Pueden conectarse a prácticamente cualquier tipo de proceso, con una extensa variedad de conexiones de proceso, fluidos de relleno, materiales y conexiones de montaje directo o capilar
• Permiten cuantificar y optimizar el rendimiento total del sistema con la opción QZ
Los conjuntos Tuned-System™ de Rosemount optimizan los resultados
• Reducción de los costes de instalación en un 20% eliminando el exceso de capilar y los accesorios de montaje del transmisor
• Aumento del rendimiento hasta en un 30%• Mejora del tiempo de respuesta hasta en un 80%• Reducción de los riesgos con informes previos de rendimiento cuantificado
Sistemas de sensor electrónico remoto Rosemount modelo 3051S
El sistema ERS Rosemount 3051S es una nueva arquitectura digital de nivel de PD que enlaza electrónicamente dos sensores de presión modelo 3051S. La presión diferencial, el nivel y el volumen se calculan y transmiten a través de una señal estándar HART de dos hilos de 4-20 mA.
Una actualización digital para una tecnología de eficacia demostrada
• Mejora del 90% en el tiempo de respuesta• Eliminación de los efectos de la temperatura y la deriva en las mediciones• Capacidad para distintas variables: presión diferencial, PBAJA, PALTA, volumen y nivel• Tecnología comprobada del sensor 3051S
Simplifica la instalación y las rutinas de mantenimiento
• Eliminación de conexiones con líquido o secas• Fácil instalación sin necesidad de localizar puntos de calor ni instalar aislamiento• Mantenimiento proactivo y detección de problemas con alertas y diagnósticos de sensor• Inventarios simplificados con sensores y cable estándar
Sistema equilibrado Conjunto Tuned-System
Dos longitudesiguales
Montaje directomás capilar
Hoja de datos del producto00813-0109-4016, Rev. MADiciembre 2011 Nivel por presión diferencial de Rosemount
3
Sistemas de sello Rosemount 1199
Un sistema de sello consiste en un transmisor de presión, uno o dos sellos, un fluido de relleno y una conexión capilar o de montaje directo. Los sistemas de sello proporcionan una medición fiable de la presión del proceso y evitan que el medio del proceso entre en contacto con el diafragma del transmisor. El uso de sistemas de sello del diafragma del transmisor debe considerarse cuando:
• La temperatura del proceso exceda los rangos operativos del transmisor.
• El proceso sea corrosivo o requiera de materiales “exóticos” o específicos para su construcción.
• El proceso contenga sólidos en suspensión o sea viscoso y proclive a obstruir las conexiones.
• La aplicación requiera el uso de conexiones higiénicas de montaje a ras para facilitar el servicio de CIP/SIP.
• Se deba facilitar la limpieza del fluido de proceso de las conexiones para evitar la contaminación entre lotes.
Flexibilidad de aplicación
• Conexiones al proceso bridadas, roscadas e higiénicas
• Cumple normas de la industria como EN 1092-1, ANSI/ASME B16.5, JIS B2238, ANSI/ASME B1.20.1, EN 10226-1 y el estándar 74-03 de 3-A
• Para una variedad de fluidos de relleno que incluye los de baja temperatura (-75 °C/-102 °F), alta temperatura (315 °C/599 °F) y de uso higiénico y alimentario
• Tres diámetros de capilar diferentes permiten la optimización de la exactitud y el tiempo de respuesta
Construcción fiable del sistema
• Diseño soldado sin conexiones roscadas
• 100% comprobado a prueba de fugas con helio
• Las técnicas de fabricación avanzadas garantizan un sistema sin aire, a prueba de fugas y estable a lo largo del tiempo
• Funcionamiento fiable en aplicaciones de vacío total
Sello con diseño resistente
• Espiras de refuerzo en el diafragma protegen la integridad del sello
• Los diafragmas rebajados reducen la posibilidad de daños al manipularlos
• Mayor fiabilidad gracias a avanzadas técnicas de soldadura
Construcción soldada y reparable
Opción para la construcción del sistema de sello de Rosemount
Construcción completamente soldada (vacío)
Todos los puntos de conexión menos la empaquetadura entre el módulo del sensor y la brida
del transmisor
Todos los puntos de conexión están soldados, incluido el disco sobre los aislantes del módulo del sensor
Con empaquetadura
Construcción completamente soldada (vacío)
Soldada
Construcción soldada y reparable
Armadura de acero inoxidable, revestimiento de PVC y tubo de soporte con extremo cerrado(Códigos de pedido M, N y P) Tabla 15 en la página 49
Armadura de acero inoxidable y tubo de soporte(Códigos de pedido H, J y K) Tabla 15 en la página 49
Armadura de acero inoxidable y revestimiento de PVC(Códigos de pedido E, F y G) Tabla 15 en la página 49
Armadura de acero inoxidable(Códigos de pedido B, C y D) Tabla 15 en la página 49
Hoja de datos del producto00813-0109-4016, Rev. MA
Diciembre 2011Nivel por presión diferencial de Rosemount
4
Sistema de sensor electrónico remoto Rosemount 3051S
El 3051S ERS™ es un sistema de arquitectura flexible HART de 2 hilos y 4-20 mA que calcula la presión diferencial (PD) electrónicamente usando dos sensores de presión conectados mediante con un hilo eléctrico estándar.
Las aplicaciones ideales del sistema 3051S ERS incluyen recipientes altos y columnas de destilación que tradicionalmente requieren largas longitudes de tubería capilar o de impulso. Cuando se usa en este tipo de aplicación, el sistema 3051S ERS puede proporcionar:
• Mediciones más precisas y repetibles de presión diferencial
• Mejor tiempo de respuesta
• Instalación más sencilla
• Mantenimiento reducido
Cómo hacer el pedido
1. Elija dos modelos de transmisor 3051S ERS. Pueden ser cualquier combinación de los modelos 3051SAM y 3051SAL.
2. Decida cuál de los modelos será el primario (terminación de bucle de 4-20 mA y LCD opcional) y cuál será el secundario del ERS. Esto se especificará según el código de “Tipo de configuración” en cada número de modelo.
3. Especifique dos números completos de modelo por cada configuración deseada.
Información adicionalEspecificaciones: página 89Certificaciones: página 104Planos dimensionales: página 114
Transmisor de medición ERS escalable Rosemount™ 3051SAM
• Plataformas de módulo de sensor coplanar y en línea
• Varias conexiones de proceso que incluyen NPT, bridas, manifolds y sellos remotos1199
• Disponibles con estabilidad a 10 años y garantía limitada de 12 años
Tabla 1. Información para hacer pedidos del transmisor de medición ERS escalable modelo 3051SAMI!La oferta estándar incluye las opciones y modelos más comunes. Para conseguir el mejor plazo de entrega, se deben seleccionar
las opciones con estrella (I).__La oferta ampliada precisa un plazo de entrega superior.
Modelo Tipo de transmisor3051SAM Transmisor de medición ERS escalableClase de funcionamientoEstándar Estándar1 Ultra: Precisión del 0,025% del span, relación entre intervalos de 200:1, 10 años de estabilidad, garantía limitada
de 12 añosI
2 Classic: Precisión del 0,055% del span, relación entre intervalos de 100:1, 5 años de estabilidad I
Tipo de configuraciónEstándar EstándarP Sensor remoto electrónico: primario I
S Sensor remoto electrónico: secundario I
Secundario
Primario
3051SAM
Coplanar En línea
Coplanar En línea
3051SAL
1
2
3 3051SAL1PG4AA1A1020DFF71DA00M53051SAM1ST2A2E11A2A
Hoja de datos del producto00813-0109-4016, Rev. MADiciembre 2011 Nivel por presión diferencial de Rosemount
Tipo de módulo de presión Tipo de sensor de presiónEstándar EstándarG Coplanar Manométrica I
T En línea Manométrica I
E En línea Absoluta I
AmpliadaA Coplanar AbsolutaRango de presiones(1)
Manométrica coplanar Manométrica en línea Absoluta en línea Absoluta coplanarEstándar Estándar1A N/A -1,0 a 2,06 bar
(-14,7 a 30 psig)0 a 2,06 bar(0 a 30 psia)
0 a 2,06 bar(0 a 30 psia)
I
2A -623 a 623 mbar(-250 a 250 pulg. H2O)
-1,0 a 10,34 bar(-14,7 a 150 psig)
0 a 10,34 bar(0 a 150 psia)
0 a 10,34 bar(0 a 150 psia)
I
3A -0,98 a 2,49 bar(-393 a 1000 pulg. H2O)
-1,0 a 55,2 bar(-14,7 a 800 psig)
0 a 55,2 bar(0 a 800 psia)
0 a 55,2 bar(0 a 800 psia)
I
4A -0,98 a 20,7 bar(-14,2 a 300 psig)
-1,0 a 275,8 bar(-14,7 a 4000 psig)
0 a 275,8 bar(0 a 4000 psia)
0 a 275,8 bar(0 a 4000 psia)
I
5A -0,98 a 137,9 bar(-14,2 a 2000 psig)
-1,0 a 689,5 bar(-14,7 a 10000 psig)
0 a 689,5 bar(0 a 10000 psia)
N/A I
Diafragma aislanteEstándar Estándar
2(2) Acero inoxidable 316L I
3(2) Aleación C-276 I
Ampliada4(3) Aleación 4005(3)(4) Tántalo6(3) Aleación 400 chapada en oro (incluye junta tórica de PTFE rellena de grafito)7(3) Acero inoxidable 316L chapado en oroConexión del proceso
Módulo de tipo coplanar Módulo de tipo en líneaEstándar Estándar000 Ninguna N/A I
A11(5) Montar en el manifold Rosemount 305 Montar en el manifold Rosemount 306 I
A12(5) Montar en el manifold Rosemount 304 o AMF con brida tradicional de acero inoxidable
N/A I
B11(5)(6) Montar en un sello de diafragma remoto Rosemount 1199 con brida de transmisor de acero inoxidable
Montar en un sello de diafragma remoto Rosemount 1199
I
E11 Brida coplanar (acero al carbono), ¼ -18 NPT, orificios de drenaje de acero inoxidable 316
½-14 NPT hembra I
E12 Brida coplanar (acero inoxidable), ¼ -18 NPT, orificios de drenaje de acero inoxidable 316
N/A I
E13(2) Brida coplanar (fundición C-276), ¼ -18 NPT, orificios de drenaje de aleación C-276
N/A I
E14 Brida coplanar (fundición de aleación 400), ¼ -18 NPT, orificios de drenaje de aleación 400/K-500
N/A I
E15(2) Brida coplanar (acero inoxidable), ¼ -18 NPT, orificios de drenaje de aleación C-276
N/A I
E16(2) Brida coplanar (acero al carbono), ¼ -18 NPT, orificios de drenaje de aleación C-276
N/A I
E21 Brida coplanar (acero al carbono), RC ¼, orificios de drenaje de acero inoxidable 316
N/A I
E22 Brida coplanar (acero inoxidable), RC ¼, orificios de drenaje de acero inoxidable 316
N/A I
E23(2) Brida coplanar (fundición C-276), RC ¼, orificios de drenaje de aleación C-276
N/A I
Tabla 1. Información para hacer pedidos del transmisor de medición ERS escalable modelo 3051SAMI!La oferta estándar incluye las opciones y modelos más comunes. Para conseguir el mejor plazo de entrega, se deben seleccionar
las opciones con estrella (I).__La oferta ampliada precisa un plazo de entrega superior.
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Hoja de datos del producto00813-0109-4728, Rev. RA Diciembre 2011 Rosemount 644
Transmisor de temperatura Rosemount 644
• El versátil transmisor de temperatura ofrece fiabilidad en campo y una precisión avanzada para satisfacer las demandantes necesidades del proceso
• Optimice la eficiencia de la planta y aumente la fiabilidad de las mediciones con especificaciones y capacidades comprobadas en la industria
• La oferta de diagnóstico estándar permite visualizar las condiciones del proceso
• Explore los beneficios de la Solución de punto completa del transmisor de temperatura Rosemount.
R
37-01
www.ro
Contenido
Transmisor de temperatura Rosemount 644. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . página 2
Información para hacer pedidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . página 4
Especificaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . página 8
Certificaciones del producto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . página 15
Planos dimensionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . página 21
semount.com
Hoja de datos del producto00813-0109-4728, Rev. RA
Diciembre 2011Rosemount 644
Transmisor de temperatura Rosemount 644
El versátil transmisor de temperatura ofrece fiabilidad en campo y una precisión avanzada para satisfacer las exigentes necesidades del proceso
• Transmisor para montaje en cabezal o transmisor para montaje en carril estilo DIN A
• Variedad de opciones de alojamiento para DIN A
• Capacidad de sensor individual con entradas de sensor universal (termorresistencia (RTD), termopar, mV, ohmios)
• HART/4-20 mA, FOUNDATION fieldbus o protocolos Profibus PA
• Combinación entre el sensor y el transmisor con Callendar-Van Dusen
• Pantalla LCD
Optimice la eficiencia de la planta y aumente la fiabilidad de las mediciones con especificaciones y capacidades comprobadas en la industria
• La calificación de dos años de estabilidad reduce los costos de mantenimiento
• La combinación entre el sensor y el transmisor elimina los errores durante el intercambio de sensores y mejora la precisión del punto de medición en un 75%
• Las alertas y los paneles Device Dashboards, centrados en el usuario de PlantWeb, comunican diagnósticos importantes y garantizan la condición del proceso
• La compensación para las temperaturas ambiente mejora el rendimiento del transmisor
• Cabezales de conexión de aluminio o acero inoxidable para simplificar las conexiones eléctricas y el cableado
La oferta de diagnóstico estándar permite visualizar las condiciones del proceso• Los diagnósticos del sensor abierto/cerrado ayudan
a detectar problemas en el sensor de bucle
• Intermittent Sensor Detect y Open Sensor Holdoff ofrecen fiabilidad en entornos con alta vibración y ruidosos
• La función de temperatura de los terminales verifica la temperatura de instalación para garantizar el óptimo funcionamiento del transmisor
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Hoja de datos del producto00813-0109-4728, Rev. RADiciembre 2011 Rosemount 644
Explore los beneficios de una solución de punto completa del transmisor de temperatura Rosemount
• Una opción “Montar en el sensor” permite a Emerson ofrecer una solución de temperatura de punto completa, con un transmisor y un conjunto del sensor listos para instalar.
• Emerson ofrece una selección de termorresistencias, termopares y termopozos que ofrecen una durabilidad superior y la fiabilidad de Rosemount para la detección de temperatura, que complementa nuestra gama de transmisores.
Disfrute de la consistencia global y el soporte local para muchas plantas de fabricación Rosemount Temperature en todo el mundo
• La fabricación de primer nivel permite a cada fábrica ofrecer productos de consistencia global y la capacidad para satisfacer las necesidades de cadaproyecto, sea grande o pequeño.
• Los consultores de instrumentación con gran experiencia ayudan a seleccionar el producto adecuado para cualquier aplicación de temperatura y recomiendan las mejores prácticas de instalación.
• La amplia red global del personal de servicio y soporte de Emerson asiste al lugar cuando y donde se los necesite.
• Los puntos de medición críticos que requieren diagnósticos avanzados, certificaciones de seguridad o redundancia de sensores duales son ideales para el transmisor de temperatura Rosemount 3144P.
• Para las instalaciones con una gran cantidad de mediciones de temperatura muy cercanas, considere el transmisor de temperatura de alta densidad Rosemount 848T.
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Hoja de datos del producto00813-0109-4728, Rev. RA
Diciembre 2011Rosemount 644
Transmisor de temperatura Rosemount 644
Rosemount 644 es un transmisor de temperatura versátil que ofrece fiabilidad en campo y precisión avanzada para satisfacer las demandantes necesidades del proceso.
Las funciones del transmisor incluyen las siguientes:
• HART/4-20 mA, FOUNDATION fieldbus o protocolos Profibus PA
• Tipos de transmisores de montaje en carril o DIN A
• Pantalla LCD (opción código M5 o M6)
• Combinación entre el transmisor y el sensor (código de opción C2)
• Calibración de 3 puntos con certificado (código de opción Q4)
• Montar a las opciones de sensor (código de opción XA)
Tabla 1. Información para hacer un pedido del transmisor de temperatura inteligente Rosemount 644 La oferta estándar representa los modelos y las opciones más comunes. Estas opciones deben seleccionarse para que la entrega sea óptima. __La oferta ampliada se fabrica luego de recibir el pedido y está sujeta a un plazo de entrega más prolongado.
= Disponible - = No disponible
Modelo Descripción del producto
644 Transmisor de temperatura
Tipo de transmisor
Estándar Estándar
H Montaje en cabezal DIN A (adecuado para montar en el campo con opciones de alojamiento a continuación)
R Montaje en carril
Salida Cabezal Carril
Estándar Estándar
A 4-20 mA con señal digital basada en el protocolo HART
F Señal digital FOUNDATION fieldbus (incluye 2 bloques de funciones AI y el planificador activo de enlace de respaldo)
-
W Señal digital Profibus PA -
Certificaciones del producto
Certificados de ubicaciones peligrosas (para su disponibilidad, consultar al fabricante) A F W A
Estándar Estándar
NA Sin aprobaciones
E5(1) Antideflagrante según FM -
I5(2) Intrínsecamente seguro según FM
K5(2)(1) Combinación de antideflagrante e intrínsecamente seguro, según FM -
KC Aprobación de FM/CSA como incombustible e intrínsecamente seguro -
I6(2) Intrínsecamente seguro según CSA -
K6(1)(3) Combinación de antideflagrante e intrínsecamente seguro, según CSA -
E1(1) Incombustible según ATEX -
I1(2) Intrínsecamente seguro según ATEX
N1(1) Tipo N según ATEX -
NC Componente Tipo n según ATEX
ND(1) A prueba de polvos combustibles según ATEX -
E7(1) Incombustible y a prueba de polvos combustibles, según IECEx -
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Hoja de datos del producto00813-0109-4728, Rev. RADiciembre 2011 Rosemount 644
I7(2) Intrínsecamente seguro según IECEx
N7(1) Tipo n según IECEx -
NG Componente tipo n según IECEx
E2(1) Incombustible según INMETRO -
E4(1)(3) Antideflagrante según TIIS
E3(1) Incombustible según China -
I3 Seguridad intrínseca según China -
OpcionesA F W A
Funcionalidad de control PlantWeb
Estándar Estándar
A01 Conjunto de bloques de funciones de control avanzado FOUNDATION fieldbus - - -
Montar en opciones
Estándar Estándar
XA El sensor se especifica por separado y se monta en el transmisor. -
Cabezal Carril
A F W A
Opciones de alojamiento
Estándar Estándar
J5(4)(5) Cabezal universal (caja de conexiones), aleación de aluminio con soporte de tubería SST de 50,8 mm (2 pulg) (entradas M20)
-
J6(4) Cabezal universal (caja de conexiones), aleación de aluminio con soporte de tubería SST de 50,8 mm (2 pulg) (entradas 1/2-14 NPT)
-
J7(4)(5) Cabezal universal (caja de conexiones), fundido de acero inoxidable con soporte de tubería SST de 50,8 mm (2 pulg) (entradas M20)
-
J8(4) Cabezal universal (caja de conexiones), fundición de acero inoxidable con soporte de tubería SST de 50,8 mm (2 pulg) (entradas 1/2-14 NPT)
-
Ampliado
S1 Cabezal de conexión, acero inoxidable pulido (entradas 1/2-14 NPT) -
S2 Cabezal de conexión, acero inoxidable pulido (entradas 1/2-14 NPSM) -
S3 Cabezal de conexión, acero inoxidable pulido (conducto y entradas M20 x 1,5) -
S4 Cabezal de conexión, acero inoxidable pulido (entradas de los conductos M20 x 1,5, entrada del cabezal M24 x 1,5)
-
Pantalla
Estándar Estándar
M5 Pantalla LCD -
Ampliado
M6 Pantalla LCD con placa del indicador de policarbonato -
Configuración del software
Estándar Estándar
C1 Configuración personalizada de Fecha, Descriptor, Mensaje (se requiere la hoja de datos de configuración [CDS, por sus siglas en inglés] con el pedido)
Configuración del nivel de alarma
Estándar Estándar
A1 Niveles de alarma y saturación NAMUR, alarma alta - -
CN Niveles de alarma y saturación NAMUR, alarma baja - -
C8 Alarma baja (valores de saturación y alarma de Rosemount estándar) - -
Filtro de la línea
Tabla 1. Información para hacer un pedido del transmisor de temperatura inteligente Rosemount 644 La oferta estándar representa los modelos y las opciones más comunes. Estas opciones deben seleccionarse para que la entrega sea óptima. __La oferta ampliada se fabrica luego de recibir el pedido y está sujeta a un plazo de entrega más prolongado.
= Disponible - = No disponible
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Temperature Coefficent (per SEMI E18-91 Zero Effect and Span Effect):
±0.05% full scale / °C of zero ±0.05% of reading/ °C of span
Mounting Orientation: Attitude insensitive
Warm-up Time: 10 minutes
External Electrical Connector: Nine (9)- pin Dconnector
Weight (approximate): 10.9 lbs
Power Supply Requirements: (Current consumption <250 mAdc):Voltage output models: +12 (±5%)
(0-5 Vdc & 1-5 Vdc flow signal outputs only) or +15 (±10%) Vdc
Current loop models: +15 (±5%) or +24 (±15%) Vdc
Setpoint Input/Flow Signal Output:0-5 Vdc/0-5 Vdc (2K ohm minimum load
resistance)0-10 Vdc/0-10 Vdc (3K ohm minimum
load resistance)1-5 Vdc/1-5 Vdc (2K ohm minimum load
resistance)4-20 mAdc/4-20mAdc (refer to load
resistance values below)1-5 Vdc/4-20 mAdc (refer to load
resistance values below)
Load resistance values for 4-20 mAsc flow signal output:
0-450 ohm for 6.5-15 Vdc loop supply voltage
200-750 ohm for 15-30 Vdc loop supply voltage
Model 204AMass Flow Instruments
SPECIFICATIONS:Flow Capacity: Any Flow range from
0-500 SLPM to 0-1000 SLPM (nitrogen equivalent).
Response Time (per SEMI E17-91 Settling Time): 1 to 2 Seconds
Accuracy and Linearity: ±1% full scale
Repeatability: Within ±0.2% full scale at any constant temperature within operating temperature range
Rangeability (Control Range): 50; 1 (2%-100% full scale) (accuracy and control)
Ambient and Operating Temperature Range: -10 to 70 °C ( ±14 to 158 °F)
Maximum Operating Pressure: 200 PSIG
Porter Mass Flow products reflect over four decades of experience in the design and manufacture of precision instruments for the measurement and control of gas flow. They incorporate design principles that are simple and straightforward, yet flexible enough to operate under a wide variety of process parameters. The result is flowmeters, flow controllers and control valves that are accurate, reliable and cost-effective solutions for many gas flow applications in the analytical, process, chemical/petrochemical, environmental, biopharmaceutical and research markets.
The 200 series is the lastest evolution of the original Porter Analog MFC. With thousands installed worldwide, they are the proven solution when cost effective high performance gas flow control is the goal. The 100 Series Mass Flow Meters are available for applications where flow measurement only is required.
Body: 316 Stainless SteelSensor Assembly: 316L Stainless SteelOrifice: 316 Stainless SteelValve Components (Wetted): 302 Stainless Steel, 316 Stainless Steel, 430F Stainless Steel and Sandvik® 1802Elastomers (O-rings and Valve Seat): Buna N, or Viton® Process Connections: 316 Stainless Steel
Sandvik®, Kalrez® and Viton® are property of their respective owners
Specifications subject to change
To order, please specify:• Modelnumber• Typeofoutputsignal• Elastomermaterial• Processconnectionsizeandtype• Flowcapacity• Gastype• Operatingtemperature• Inlet(supply)pressure• Outletpressure• Calibrationstandard(i.e.0°C,
20°C, 21.1°C or 25°C)• Additionalaccessoriesrequired
Dimensions shown in inches
DIMENSIONAL DATA
MATERIALS OF CONSTRUCTION ORDERING INFORMATION
Process Connection Size & Type
‘X’ Dimension
1/2’’ Compression 8.719’’
3/4’’ Compression 9.039’’
1/2’’ CPI™ 8.719’’
1/2’’ A-Lok® 8.719’’
3/8’’ & 1/2’’ MMGFS 8.739’’
MODEL NUMBER AND DESCRIPTION
204A - F K A S V C AA Example: -
Model Assembly/Calibration Features201 AA: Factory Standard
Model Revision Level F: Current Revision PC Board Electrical Connector K: Nine (9)-Pin “D” Setpoint Signal/Output Signal A: 0-5 Vdc/0-5 Vdc B: 1-5 Vdc/4-20 mAdc (sinking) D: 1-5 Vdc/1-5 Vdc E: 0-10 Vdc/0-10 Vdc
For model number options not shown above, please consult factory
OTHER AVAILABLE ANALOG MASS FLOWMETER AND MASS FLOW CONTROLLER MODELS
H: 4-20 mAdc/4-20 mAdc (sourcing) J: 4-20 mAdc/4-20 mAdc (sinking)
Body MaterialS: 316 Stainless Steel
A-LOK®, CPI™, UltraSeal™, VacuSeal™ - Parker Hannifin Corp.(1)MORFS=MaleO-RingFaceSeal(2)MMGFS=MaleMetalGasketFaceSeal
Note: The flow ranges listed are the minimum and maximum nitrogen (N2) flow ranges available for each given model. Intermediate flow ranges are available. For correct sizing when operating parameters are questionable, please consult the factory.
Elastomers (Valve Seat/O-Rings)B. Buna N/Buna NV. Viton/Viton
Process Connection Size and Type
E 1/2’’ Compression S 1/2’’ MMFGS(2)
F 1/2 CPI™ T 1/2’’ UltraSeal®
G 3/4’’ Compression V 1/2’’A-LOK
K 3/8’’MORFS(1) X No Connections
L 1/2’’MORFS(1) Z Special Connections
Q 3/8’’ MMGFS(2)
Type ModelMax. Flow1
(SLPM)
Max. Pressure2
(PSIG)
Min. Delta3
(PSIG)
Analog Flow
Meters
111 10 1500 2121 10 3000 2
112 100 1500 2
122 100 3000 2113 500 1000 2114 1000 1000 22111 10 200 23211 10 1000 2
Type ModelMax. Flow1
(SLPM)
Max. Pressure2
(PSIG)
Min. Delta3
(PSIG)
Analog Flow
Controllers
201 10 1000 7261 10 1000 7221 10 3000 7251 50 1000 35202 100 1000 60222 100 3000 60
202A 100 200 10203A 500 200 40204A 1000 200 802201 10 200 7
3201/3261 10 1000 7
CONTROLADORES DE NIVEL SERIES1001, 1001A Y 1001XLNorriseal ha sido un líder en el suministro de equipos de control de nivel para elmercado petrolero por más de 50 años. Además del mercado del petróleo, losproductos Norriseal son suministrados a los mercados marinos, industriales ygeneracion de energia.
Este folleto describe los Controladores de Nivel de Líquido de Series 1001, 1001A y1001XL. Los controladores de Serie 1001 y 1001A pueden ser montados a manoderecha o izquierda, mientras que la Serie 1001XL es utilizada donde se prefiere elmontaje posterior.
5 Pilotos Sin Purga. El controladorneumático puede estar equipado conuno de tres tipos de pilotos sin purga:un piloto de actuación rápida (“snappilot”), un piloto modulente o un pilotoEnvirosavef patentado.
5 Puerta Desmontable. La puerta delcontrolador sólo se puede retirardespués de abrirla 90º. Estacaracterística impide que la puerta sesuelte debido a las vibraciones mientrasestá en la posición cerrada. Un trinquetede palanca mantiene un enganchemecánico entre la caja y la puerta.
5 Caja Hermética (1001A y 1001XL). Unajunta sella los componentes internoscontra las condiciones atmosféricasexteriores y permite la ventilación de losgases de escape dañinos hacia un árearemota a través de una tubería entre laconexión de ventilación y un colector deescape.
5 Filtro Incorporado. Un filtro incorporadode acero inoxidable de 40 micrones enla conexión de suministro de gas reduce
CaracterísticasÍndice2 Diseño3 Principio de Operación4 Características de Rendimiento5 Materiales6 Cómo Ordenar7 Código de Modelo:
Controladores de Nivel8 Dimensiones
10 Cámaras Verticales12 Domos y Cámaras Horizontales13 Código de Modelo: Cámaras
Verticales y Domos14 Código de Modelo: Cámaras
Horizontales15 Aplicaciones
Serie 1001El Controlador de Nivel Serie 1001, eseconómico utiliza una caja/cubierta noprotegida contra la intemperie.
Serie 1001AEl Controlador de Nivel Serie 1001Autiliza una caja/cubierta protegida contrala intemperie y un conjunto de pilototipo colector.
SERIE 1001XLEl Controlador de Nivel Serie 1001XLofrece las mismas características que unControlador de la Serie 1001A, pero conuna conexión de montaje posterior.
ISO 9001Cert. #30080
EngineeredPerformance
2
DISEÑO
el mantenimiento requerido del piloto delcontrolador.
5 Control de Interface. Una amplia oscilación delresorte permite controlar la interface de líquido conel desplazador estándar.
5 Servicio Marino. Componentes internos de aceroinoxidable están disponibles.
5 Acción Reversible en el Campo. Este ajustedetermina si el incremento de nivel del líquidoaumentará o reducirá la salida del piloto.
5 Montaje a Mano Derecha o Izquierda (1001 y1001A). El controlador puede ser cambiado para ser
montado del lado derecho o izquierdo en el camposin requerir piezas adicionales.
5 Controlador Eléctrico. Esta opción utiliza uninterruptor eléctrico estándar; SPDT o DPDT.
5 Desplazador Dividido. Para intervalos de descargade fluido más grandes que los que pueden serobtenidos con los desplazadores estándar, undesplazador dividido puede proporcionar intervalosde descarga de hasta 70 pies de longitud.
5 NACE. Todos los controladores pueden serfabricados para cumplir las especificaciones deNACE MR0175-2002.
Piloto de Actuación Rápida(“Snap Pilot”)El piloto se compone de dos válvulas – una para
admitir la presión del piloto y otra paradisipar la presión.
La bola “A” controla el flujo de gas dentrodel piloto y es mantenida cerrada por lafuerza ejercida por la presión desuministro en el área de asiento de labola.
Cuando la fuerza transmitida al pasadorde empuje “B” es suficiente para superarla fuerza que mantiene sentada la Bola“A”, “A” se mueve rápidamente haciaarriba, permitiendo que el gas fluya másallá de “A” y que salga por el orificio
lateral del piloto.
El extremo esférico del pasador de empuje “B” cierra elorificio de escape en el mismo instante que la bola “A”se mueve hacia arriba. El área de asiento del orificio deescape es más pequeño que el área de asiento delorificio de suministro; por lo tanto, la varilla de empujedebe permanecer sentada contra la presión desuministro hasta que disminuya la fuerza ejercida sobrela varilla.
Una acción simultánea ocurre a medida que se reducela fuerza del pasador de empuje “B”. La presión delpiloto abre el orificio de escape al desasentar la varillade empuje, y la presión de suministro empuja la bola“A” para que cierre el orificio de suministro. Ladiferencia entre las áreas de asentamiento es lo que leimparte a este piloto la Actuación Rápida (“SnapAction”).
Piloto EstranguladorSe utilizan dos válvulas para admitir ydisipar la presión. Un diafragma “E”utilizando conjuntamente con lasválvulas crea un Piloto con Equilibriode Fuerzas (“Force-Balance”).
Se utilizan dos válvulas para admitir ydisipar la presión. Un diafragma “E”utilizando conjuntamente con lasválvulas crea un Piloto con Equilibriode Fuerzas (“Force-Balance”).
El piloto estrangulador funciona de la mismamanera que el piloto de actuación rápida, exceptoque la presión de salida es proporcional a lacantidad de fuerza aplicada a la varilla de empuje. Elaumento de la fuerza aplicada a la varilla produceun aumento proporcional de la presión del piloto.
Cuando la fuerza aplicada a la varilla de empujecambia, el piloto busca un nuevo punto deequilibrio, ya sea disipando la carga de salida anivel de la válvula “C” o desasentando la válvula “D”para aumentar la carga de salida. El gas regulado nofluye mientras el piloto está en el punto deequilibrio.
Pilotos EnvirosavefEste piloto patentado funcionaidénticamente al piloto de actuaciónrápida. La diferencia entre los dosconsta en las juntas tóricas “F” y“G”, las cuales proporcionan unsello positivo para eliminar las fugasy prevenir emisiones fugitivas. Lasmediciones realizadasindependientemente por la EPA(agencia de protecciónmedioambiental estadounidense)indican que el piloto Envirosavef
tiene un consumo de CFH igual a cero.*
Interruptor de Nivel EléctricoEl interruptor de niveleléctrico utiliza elprincipio de equilibriode fuerzas para abrir ycerrar un interruptoreléctrico en respuesta al
ascenso o descenso de los niveles. Hay dosinterruptores estándar disponibles, o sea uninterruptor unipolar de dos direcciones (SPDT, porsus siglas en inglés) o el bipolar de dos direcciones(DPDT, por sus siglas en inglés), ambos con cajasantideflagrantes.
Piloto deActuación
Rápida
PilotoEstrangulador
InterruptorEléctrico
A
B
A
HFG
DC H
E
CCaarraacctteerrííssttiiccaass ((ccoonnttiinnuuaacciióónn))
PilotoEnvirosavef
* Estados Unidos de América. Aire y Radiación. Agencia de ProtecciónMedioambiental. “Lessons Learned From Natural Gas Star Partners:Options for Reducing Methane Emissions From Pneumatic Devices inthe Natural Gas Industry”. Apéndice A. Washington, DC, 2003.
Teoría de OperaciónLa operación de los Controladores de Nivel deSerie 1001, 1001A y 1001XL está basada en elPrincipio de Equilibrio de Fuerzas. El Principio deEquilibrio de Fuerzas estipula que cuando sesumerge un objeto en un líquido, el objeto creaun empuje hidrostático que es proporcional alpeso del líquido desplazado. Un controlador denivel Norriseal utiliza un resorte para equilibrar elpeso de un elemento de desplazamiento(desplazador), eliminando la necesidad de utilizardesplazadores y flotadores lastrados a la medida.A medida que el desplazador se sumerge en ellíquido, la cantidad de fuerza disponible esproporcional al peso del líquido desplazado. Elresultado de esta fuerza es transmitido alcontrolador por un movimiento rotatorio del eje.Este movimiento rotatorio hace que el fulcro y lapalanca (barra de charnela) empujen el pasadorde empuje del piloto hacia arriba. La cantidad defuerza es proporcional al nivel sobre eldesplazador, creando una señal de salidadeseada. La señal de salida deseada puede seruna señal neumática de arranque/paro (“on/off”)utilizando un piloto de actuación rápida, unaseñal de modulación neumática utilizando unpiloto estrangulador, o una señal eléctrica deSPDT o DPDT utilizando un microinterruptoreseléctrico.
Acción del ControladorLa acción del controlador es de “ActuaciónDirecta” cuando la señal de salida aumenta amedida que el nivel del líquido aumenta en eldesplazador. En el modo de “Actuación Inversa”,la señal de salida disminuye a medida que elnivel de líquido aumenta en el desplazador.
Banda ProporcionalLa Banda Proporcional, o el Intervalo (“Span”), esla relación entre la longitud del desplazadorutilizada y la longitud total del desplazador paralograr una señal de salida deseada. Para elcontrol de arranque/paro (“on/off”), la salida delpiloto de actuación rápida es igual a la presión desuministro sobre el intervalo del controlador. Elintervalo puede ser modificado deslizando elfulcro sobre la palanca. Cuando se aleja el fulcrodel pasador de empuje del piloto, el intervaloaumenta, y cuando se mueve el fulcro hacia elpiloto, el intervalo disminuye. Para control demodulación, la salida variará sobre la bandaproporcional.
Función del Resorte AjustableEl resorte no sólo equilibra el peso deldesplazador, sino que también puede serajustado para mover el punto de ajuste sobre eldesplazador. Cuando se mantiene constante la
fuerza del resorte, un nivel de líquido más alto enel desplazador produce una fuerza más grandedisponible para el piloto. Cuando se reduce lafuerza del resorte al descomprimir el resorte, serequiere un nivel más alto de líquido en eldesplazador para producir la misma fuerza queantes. Cuando se aumenta la fuerza del resortecomprimiendo el resorte, se requiere un nivel delíquido más bajo para obtener la misma fuerza.Por lo tanto, al aumentar/reducir la fuerza delresorte, el punto de ajuste será modificado de lamisma manera.
La compresión del resorte puede ser reducidaaún más hasta una posición en la cual el nivel delíquido no producirá suficiente fuerza paragenerar una salida del piloto. Esto hace que seaposible controlar una interface de líquido con eldesplazador estándar. Después de ajustar elresorte de manera que el líquido más ligero nopueda operar el control, queda suficiente fuerzadel resorte en reserva para que el nivel dellíquido más pesado genere suficiente fuerza paraactivar el piloto.
3
PRINCIPIO DE OPERACIÓN
Control del nivelsuperior
Control de la interfacede líquido
SALIDA DELPILOTO DE 15 PSI
SALIDA DELPILOTO DE 0 PSI
SALIDA DELPILOTO DE 0 PSI
SALIDA DELPILOTO DE 15 PSI
Principio de Equilibrio de Fuerzas
Controlador con Equilibrio deFuerzas
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CARACTERÍSTICAS DE CONSTRUCCION Y RENDIMIENTOPILOTOS NEUMÁTICOS
INTERRUPTOR ELÉCTRICO DE MARCHA/PARO(“ON/OFF”)
DATOS GENERALES
SalidaProporcional, estrangulador 3–15 psig, 6–30 psigBrecha diferencial, actuación 0–20 psig, 0–30 psigrápidaBrecha diferencial, 0–20 psig, 0–30 psigEnvirosavef
Requisito de Presión de Suministro
3–15 psig, 0–20 psig 20–30 psig (mín.)6–30 psig, 0–30 psig 35– 40 psig (mín.)0–50 psig 60 psig (máx.)0–100 psig 100 psig (máx.)
Conexión de Suministro y Hembra NPT de 1⁄4 pulgadaSalidaTemperatura Ambiente -40° a 180°F (-40° a 82°C)
-40 a 275°F (Alta temp)(-40 a 135°C)
Capacidad de Flujo del PilotoEstrangulador Cv 0,394Actuación Rápida Cv 0,282EnvirosavefCv 0,282
Ajuste de Banda Proporcional(Ajuste recomendado para un cambio de presión de salida total sobre un porcentaje del elemento detector)
Estrangulador 20–150%Actuación Rápida 7– 55%Envirosavef 7– 55%
SalidaAjuste de banda proporcional(Eléctrico – microinterruptor)SPDT 7–55%(unipolar de dos direcciones)DPDT 20–150%(bipolar de dos direcciones)
Capacidades de los Interruptores
SPDT 15 amps a 125, 250, (unipolar de dos direcciones) ó 480 V.C.A.DPDT 10 amps a 125 V.C.A.(bipolar de dos direcciones)
CertificacionesInterruptor antideflagrante Clasificado por UL y CSA
Clase I, Div. 1, Grupos C y DClase II, Div. 1, Grupos E, F y G
Repetibilidad 1,0% del intervalo de salidaBanda Muerta 5,0% del intervalo de entradaLinealidad 1,75% del intervalo de
salidaEfecto de la Temperatura Ambiente sobre el Punto 1,0% @ –40°F (–40°C)de Ajuste 3,0% @ +170°F (77°C)Efectos de la Perturbación 1,0%Mecánica sobre el Punto de Ajuste Gravedad Específica
Detección de interfaz 0,035Rango superior de niveles 0,35 a 2,00
Límites de Temperatura –70° a +600°FTemperatura de proceso del (–57° a 316°C)cuerpo (según la selección del material)Presión Nominal de Proceso
Biselada – soldadura a tope Hasta 6000 psigRoscada (NPT) Hasta 6000 psigRanurada Hasta 2500 psigBridada (RF y RTJ) 150 a 2500 clase ANSI Unión con indicador de nivel Hasta 1500 psig
Temperatura Ambiente -40 to 160°F(Se utiliza una extensión de caja para temperaturas extremas o cuando se utiliza el aislamiento del cuerpo.) (–40° to 71°C)
5
MATERIALESPILOTOS NEUMÁTICOS
INTERRUPTOR ELÉCTRICO DE ARRANQWUE/PARO (“ON/OFF”)
Caja del Microinterruptor Aluminio fundidoCaja de Conexión Aluminio fundido
DATOS GENERALES
Nota:Materiales certificados como compatibles para el servicio NACE están disponiblesbajo solicitud.
CuerpoEstrangulador Aluminio con Asiento de
AluminioActuación Rápida Aluminio con Asiento de
AluminioEnvirosavef Aluminio con Asiento
ElastoméricoEmpaquetadura/diafragma NitriloVálvulas Internas Acero inoxidable 303 SSTElemento Filtrante Acero inoxidable SST de
40 Micrones Tornillos y Tuercas Acero inoxidable SST
Cuerpo - LLC1001/1001A ASTM A696/A105
-20 a +600°F (-29 a +316°C)
ASTM A276/A182 -70 a +600°F (-57 a +316°C)
1001XL ASTM A216 WCC/A105 -20 a+600°F (-29 a +316°C)
ASTM A216 LLC-50 a+600°F (-46 a +316°C)
ASTM A351 CF8M/A182-70 a+600°F (-57 a +316°C)
Tuerca Martillo ASTM A105(donde aplique)Indicador de Nivel Acrílico -20 a +200°F (-29 a+93°C)(Para cuerpo de unión Pyrex -20 a +400°F (-29 a +204°C)DU/AU especial)Desplazadores PVC -20 a +140°F (-29 a +60°C)
Acrílico -20 a +200°F (-29 a+93°C)Aluminio -70 a+600°F
(-57 a +316°C)316 SST-70 a +600°F(-57 a+316°C)
Brazo del Desplazador 303 SST (estándar)316 SST (opcional)
Soporte Colgante 303 SST (estándar)Vertical Soporte de 316 SST (opcional)equilibrio (swivel) paraposicion verticaldel desplazadorCadena 316 SST
(para extensión vertical y/o desplazador dividido)
Eje 316 SST -70 a +600°F(-57 a +316°C)
Portacojinetes 316 SST -70 a +600°F(-57 a +316°C)
Cojinetes 440 SST -70 a +600°F(-57 a+316°C)
Juntas de Ejes Nitrilo -50 a +180°F (-46 a +82°C)Nitrilo baja temp -50 a +180°F
(-46 a +82°C)Fluorocarburo -20 a +400°F
(-29 a +204°C)Aflas -20 a +450°F (-29 a +232°C)EPR -50 a +250°F (-46 a +121°C)
Caja y Cubierta Aluminio cromado fundido a presión con revestimiento en polvo
Indicadores de Latón (estándar)Suministro y Salida 316 SST (opcional)
Lleno de liquido con caja de latón(opcional)Lleno de liquido con caja de Ac Inoxidable 316 (opcional)
Barra de Tensión Aluminum (estándar)303 SST (servicio marino)
Barra de Charnela 303 SSTBotón de Ajuste del Aluminio (estándar)Resorte 303 SST (servicio marino)Fulcro Nylon con tornillo SSTResorte de Equilibrado SST Ligero con marcas verdes
SST Mediano sin marcas
SST Pesado con marcas amarillasSST Extrapesado con marcas roja
CONTROLADORES DETEMPERATURA Y PROCESOS
PROPORCIONAN UN CONTROL FIABLE, SENCILLOY ECONÓMICO DE PROCESOS INDUSTRIALES
Actuación rápida yprecisa, combinandola acción PID con lalógica FUZZY
Cálculo óptimo deparámetros deproceso mediante lafunción Autotuning
Elimina errores yfacilita el control delos procesos
Industrias y aplicaciones
• Industrias químicas
• Industrias de tratamiento de plásticos
• Industrias de procesado de papel
• Equipos de soldadura
• Construcción de hornos
• Otros tipos de industrias yaplicaciones…
Procesos
• Control de procesos de temperatura,presión, caudal, nivel, volumen, etc…
• Control de equipamiento industrial
• Control de posicionadores de válvulas
• Control de servoaccionamientos yvariadores de velocidad
• Control de valores límites de proceso
• Otros tipos de procesos…
PROTECCIÓN Y CONTROL
• Completa gama de controladores adaptados a la mayoría de los procesos industriales.
• Actuación rápida y precisa combinando la acción PID con la lógica FUZZY.
• Permite el cálculo de los parámetros más eficientes gracias a la función AUTOTUNING.
• Comunicación ModBus RS485.
La serie TP 7 de FANOX ofrece un conjunto completo decontroladores de temperatura y procesos. Disponen de unmicroprocesador que, combinando la acción PID con la lógicaFUZZY, proporciona una actuación rápida y precisa conóptimos resultados.
Mediante el control automático se consigue mantener unparámetro en un valor preestablecido. Para ello se comparael valor medido con dicho valor preestablecido y, en funciónde la diferencia, se procede a modificar la acción de loselementos actuadores.
PID y lógica FUZZYLa acción PID es el algoritmo que define el control automáticodel proceso.La lógica FUZZY proporciona un ajuste fino que optimiza laacción PID, mejorando de esta manera la respuesta del sistemacontrolado.
AutotuningEsta función optimiza automáticamente los parámetrosajustados en el PID de una manera continua basándose en elpropio comportamiento del proceso.
Visualización y programaciónLa visualización de los parámetros ajustados y medidos, de lasalarmas y de las salidas se obtiene mediante dos displays decuatro dígitos en colores verde y rojo y varios LED’s deseñalización. La programación se realiza mediante trespulsadores.
Función multientradaAcepta las siguientes entradas:
• 8 tipos de entradas termopar• 2 tipos de entradas RTD• Entradas analógicas de mV o mA.
Alta frecuencia de muestreo, alta precisiónEl muestreo de 5 veces por segundo (equivalente a una muestracada 0,2 segundos) permite al controlador manejar gran númerode lecturas y realizar operaciones precisas.
Comunicación RS485 (ModBus)Seleccionable entre modos de comunicación RTU y ASCII.
Alimentación conmutadaTensión de 85 a 265 Vca, 50/60 Hz. Dispone de un sistema defiltrado que elimina perturbaciones debidas a ruidos eléctricosacoplados a la onda de alimentación.
Control bidireccional Calor-FríoLos equipos se pueden utilizar en procesos de control de frío y/ocalor.
Alarma de rotura de sensorEn caso de un funcionamiento incorrecto o rotura del sensor, unaseñal en el display informa de esta situación.
Bloqueo de los parámetros de controlDispone de tres niveles de seguridad para acceder a losparámetros ajustados.
RetransmisiónLa salida analógica, usada como retransmisión, permite unalectura remota de los valores de proceso.
Time
Output
PID
PID + FUZZY logic
set point 2
set point 1
Controladores de temperatura y procesos TP 7
Lista de modelos TP 7 TP 7 ~ ~
Funciones de ControlMétodo de control ON/OFF
PID + AutotuningPID + FUZZY + Autotuning
Valor de fracción 0~9999Tiempo integral 0~9999Tiempo diferencial 0~9999Ajuste histéresis alarma 0~9999Intervalo de muestreo 0,2 sCiclo de control salida 0,1~999,9 s
Señal de salidaControl principal TP 720 TP 731 TP 750
Relé SPST NA SPDT NA-NC SPDT NA-NC3A/250Vac 5A/250Vac 5A/250Vac
Pulso (SSR) 0/12 Vcc (NPN) ; Max. 20 mAAnalógica 4~20 mA(Retransmisión) 0~10 Vcc Max. 600 Ω
Control secundario TP 720 TP 731 TP 750Relé SPST NA SPST NA SPST NA
3A/250Vac 5A/250Vac 5A/250VacPulso (SSR) 0/12 Vcc (NPN) ; Max. 20 mAAnalógica 4~20 mA(Retransmisión) 0~10 Vcc Max. 600 Ω
EstructuraModelos TP 720 TP 731 TP 750
Montaje En panel En panel En panelProtección IP IP 65 IP 56 IP65
ComunicacionesInterface RS485Protocolo ModBus RTU
o ASCIIFormato Datos 8 bits, Paridad: par / impar / ninguna
Bit de parada: 1 o 2 bitsVelocidad (baudios) 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38000Dirección 000~255Memoria EEPROM
LED’sModelos TP 720 TP 731 TP 750
Salida x 1 x 2 x 2Alarma x 1 x 2 x 2Celsius x 1Fahrenheit x 1
Display 7 segmentosModelos TP 720 TP 731 TP 750
PV rojo 0,36” 0,36” 0,56”SV verde 0,28” 0,36” 0,36”
Dimensiones 20 · 48 x 48 mm 50 · 96 x 96 mm
31 · 48 x 96 mm
Salida de control 1 1 · Relé de salida 3 · Salida 0~10 Vdc
2 · Salida 4~20 mA 4 · Pulso de tensión (12 Vdc)
Salida de control 2 0 · Nada 2 · Salida 4~20 mA 4 · Pulso de tensión (12 Vdc)
1 · Relé de salida 3 · Salida 0~10 Vdc
Salida de alarma 1 · 1 ajuste 2 · 2 ajustes
Retransmisión 0 · Nada 1 · 4~20 mA DC
Comunicaciones 0 · Nada 2 · Detección rotura calentador (solo TP 720)
1 · RS485
Consultar sobre otras opciones, configuraciones o tamaños
Características TécnicasEspecificacionesAlimentación 85~265 Vca, 50/60 HzConsumo 7 VAResistencia de entrada > 1 MΩCompensación de entrada -1999~9999Filtrado digital 10~100 VecesRango de ajustes -1999~9999
Señal de entrada Rango PrecisiónTermopar
K -200 ~ 1270 ºC 0,3 % ± 1 digitoJ -210 ~ 1200 ºC 0,3 % ± 1 digitoR (1) -50 ~ 1760 ºC 0,3 % ± 1 digitoS (1) -50 ~ 1760 ºC 0,3 % ± 1 digitoB (2) 250 ~ 1820 ºC ± 8ºC ± 1 digitoE -200 ~ 1000 ºC 0,3 % ± 1 digitoN -200 ~ 1300 ºC 0,3 % ± 1 digitoT -200 ~ 400 ºC ± 2ºC ± 1 digito
RTDPT100 -200 ~ 850 ºC 0,3 % ± 1 digitoJPT100 -200 ~ 850 ºC 0,3 % ± 1 digito
Señal analógicamV 0 ~ 350 mV 0,3 % ± 1 digitomA(3) 4-20 mA
(1) R & S, precisión ± 19ºC cuando el rango es 0~500ºC(2) B no garantiza precisión para el rango 0~400ºC(3) mA solo para TP 720
Función de alarmaTipos de alarma Alarma de límite máximo o mínimo
Alarma de límites máximo y mínimoAlarma de banda
Valor ajustado 0 ~ 99 sSalida de alarma SPST NA, 5A/250Vac (TP 720 3A)Método de acción Activación de alarma
Retraso de desactivaciónSeñal de salida Salida de relé de alarma
Otras FuncionesDetección rotura de sensor Indicación en frontal (sólo TP 720)Detección de irregularidades en Alarma cuando no hay corriente o se la alimentación del calentador alcanza el valor prefijado (sólo TP 720)Ajuste remoto Capacidad de cambiar ajusteBloqueo de parámetros 3 niveles de acceso que permiten:
Nivel 1 Señal de entrada, ajuste de alarma,valores de ajuste, tipo de control
Nivel 2 Ajuste de alarma, valores de ajuste,tipo de control
Nivel 3 Bloqueo total
Normativa EN 61010, EN 61000, EN 55011
Dimensiones (mm) y esquemas de conexión
DISTRIBUIDOR
44.8
92
48
48 9
45+0.6-0
45+0.6-0
55 min.
67 min.
9
10
11
12
7
8 2
3
4
5
6
1
RS485 85~265Vac
OUT 2
RTD TC/mV
A
B
bALM
4
3DC4~20mA
4
3OUT 1
4
312Vdc
Relay Output 4~20mA Output
0~10V Output
12Vdc Voltage pulse
14
13DC4~20mA
14
13OUT 2
14
1312Vdc
OUT 1
14
13
48 x 48 mm
PAE Asuaran Edif. Artxanda, 23 • 48950 ERANDIO • BIZKAIA • SPAINTel. +34 94 471 14 09 • Fax +34 94 471 05 92E-mail: [email protected] • http: //www.fanox.com
FANOX se reserva el derechode efectuar cualquiermodificación de lascaracterísticas señaladas eneste documento sin necesidadde previo aviso.
96
48
91.8
81.510
92+0.8-0
102 min.
67 min.
45+0.6-0
RS485
85~265Vac
OUT 2
2
3
4
5
6
1
8
9
10
7
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
ALM 1
ALM 2
OUT 1
(OPTION)
RTD TC/mV
A
B
b
Relay Output
7
6DC4~20mA
Voltage pulse
OUT1
OUT2
5
4
OUT2
7
612Vdc
5
4
OUT18
7
6
5
4
NC
NO
COM
DC4~20mA 12Vdc OUT2
OUT1
12VdcOutput4~20mAOutput0~10V
48 x 96 mm
91
58
96
96 12
92+0.7 -0
102 min.
114 min.
92+0.7 -0
2
3
4
5
6
1
8
9
10
7
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20 85~265Vac
RTD TC/mV
A
B
b
COM
NO
NC
OUT 2
ALM2
OUT 1
RS485
ALM1
Relay Output
DC4~20mA
2020
1819
18
4
3
OUT1
OUT2
4 OUT2
20
1812Vdc
3
OUT1NC
NO
COM
DC4~20mA 12Vdc OUT2
OUT1
3
4
Output4~20mA
Output0~10V
Voltage pulse12Vdc
96 x 96 mm
