INTRODUCCION
En el presente informe de laboratorio, se hablará acerca del principio de funcionamiento de un intercambiador de calor de coraza y tubos, como es su modo de operación, las variables que se toman en cuenta en el proceso, así también como los diversos instrumentos que interactúan en el para que el proceso termodinámico de calentamiento de líquidos en la industria se lleve a cabo. Por tanto en esta práctica, se tomaron datos de las variables de todo el proceso, se analizaron los comportamientos de temperatura de cada uno de los instrumentos que interactuaban el proceso, se dedujeron ecuaciones que nos permiten operar estos controladores, se especificó el tipo de entrada y salida de cada instrumento, solo los datos que se tomaron fueron en modo ascenso por solicitud del docente, de igual forma se sacaron conclusiones al respecto sobre la operación del proceso.
OBJETIVOS
GENERAL
· Analizar el funcionamiento de un intercambiador de calor y la importancia que este tiene dentro de un proceso industrial.
ESPECIFICOS
· Instalar y colocar en operación un sistema de transmisión, control y registro de temperatura de agua en un intercambiador de calor de coraza y tubos.
· Aplicar el procedimiento de puesta en operación del proceso y del sistema de control
· Hacer mediciones de las variables que intervienen en el proceso.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Primeramente se hace el diseño del sistema de medición y control de temperatura, el cual contiene: las entradas y salidas del proceso y las conexiones a dos hilos. Indicadores locales de flujo de agua, presión de vapor antes y después del regulador, temperatura del vapor, temperatura de agua a la salida, temperatura de condensado.
Se identificaron los componentes y explicar la función que cumplen en el proceso. Se especificaron los tipos de entrada y salida de cada instrumento.
Se efectuaron las conexiones, y solo se tomaron los valores de subida, se tomaron valores como: recorrido de la válvula, temperatura del agua indicada en el controlador de temperatura, la temperatura indicada en la termo resistencia, se midió la corriente de salida, la presión del vapor expresado en kg/cm2, temperatura del vapor antes, temperatura del vapor después, temperatura de condensado, presión de la caldera, y el flujo del agua es constante, si el flujo del agua varía, las condiciones del proceso varían y los datos obtenidos no corresponderían
Como requisito se solicita tener como resultados, análisis de cada uno de los instrumentos como interactúan en el proceso, una gráfica de curva de respuesta del sistema donde quede consignada la relación: abertura de la válvula vs temperatura de agua a la salida. Realización de gráficas para mostrar cómo se modifica la pendiente de la curva de respuesta del sistema al cambiar las cargas del proceso, en este caso: flujo de agua y presión de vapor.
RESULTADOS OBTENIDOS
Como anteriormente se había mencionado, se tomaron los resultados de las entradas y salidas del proceso y las conexiones a dos hilos. Indicadores locales de flujo de agua, presión de vapor antes y después del regulador, temperatura del vapor, temperatura de agua a la salida, temperatura de condensado.
Se debía esperar al menos 3 minutos a que el proceso estabilizara sus valores de temperatura y presión para obtener los datos correctos y así evitar datos erróneos en las mediciones de temperatura.
Se realizaron cálculos matemáticos acerca de cómo actuaba cada controlador en el proceso, es decir como intervienen los elementos de instrumentación en el proceso termodinámico de temperatura.
FIGURA 3 Intercambiador de calor de coraza y tubos
ANALISIS DE LA INTERACCION DE LOS INSTRUMENTOS EN EL INTERCAMBIADOR DE CALOR
1. El TE (elemento sensor de temperatura), es un sensor que precisamente detecta los cambios de los valores de temperatura. Para este caso se emplea una termorresistencia ( PT-100) que relaciona esta resistencia con la temperatura de acuerdo a la ecuación mostrada a continuación con un coeficiente de temperatura
Donde R0 corresponde al valor resistivo de la termoresistencia, =0.00385corresponde al coeficiente de temperatura y T°C el valor de la temperatura expresado en grados centígrados.
Como tenemos valores obtenidos de laboratorio como son la temperatura del agua en la termorresistencia, nos basamos en dichos valores para calcular la resistencia teórica que arroja a la salida por valor de temperatura obtenido.
Para los valores de resistencia obtenidos, el Transmisor de temperatura convierte la señal de 4 a 20 mA, todo el proceso se realiza mediante la siguiente ecuación.
Para los valores de corriente, el controlador convierte el valor de la corriente que proviene del transmisor en valores de temperatura ya bien sea en unidades de porcentaje o unidades de ingeniería, las unidades de porcentaje son una referencia del valor de la temperatura, la cual generará una duda o dificultad.
La ecuación que deduce la obtención porcentual de la temperatura es la siguiente:
el convertidor de corriente a presión, recibe señales de corriente de 4 a 20 mA y genera una señal de salida neumática de 3 a 15 PSI proporcionales a la entrada
Para encontrar los valores porcentuales en la cual se encuentra aperturada la válvula de control, simplemente aplicamos la siguiente ecuación.
Nota: los gráficos de linealidad de la termorresistencia y comportamiento de cada uno de los instrumentos son mostrados en los anexos.
DETERMINACIÓN DE LA ZONA LINEAL DE TRABAJO.
Primeramente a través de una ecuación matemática y basada en la relación abertura de la válvula vs temperatura del agua a la salida, se toman los valores correspondientes obtenidos de la tabla N°1.
Lo anterior corresponde a la ecuación que muestra la zona lineal de trabajo. Y lo que sucede cuando se le asignan valores de T en X respecto al recorrido de la válvula
ERRORES.
Determinación de los errores de corriente en mA
Determinación del error de temperatura expresado en °C
ANALISIS DE RESULTADOS
De acuerdo a lo que se puede deducir en la gráfica de resistencia con temperatura, es que la termorresistencia ha perdido su linealidad con el paso del tiempo y la respuesta en la medición lleva a determinar errores en un futuro, se puede ver reflejado el tiempo en el que el proceso demora en estabilizar.
Podemos ver en la gráfica de temperatura con corriente de salida hay un error de correlación muy alto debido a que si se considera un comportamiento lineal, el comportamiento debe ser un comportamiento con una buena respuesta, pero hay errores en el proceso ya sea por los procesos termodinámicos que intervienen directamente en el proceso.
El comportamiento del controlador es lineal e idealmente debe ser así, con respecto al valor porcentual de la temperatura.
El comportamiento del conversor i/p con relación a la apertura de la válvula es lineal e ideal de la válvula.
Los errores de temperatura y corriente eléctrica son muy altos, debido al desajuste y a la descalibración de los instrumentos que intervienen en el intercambiador de calor.
CONCLUSIONES
Ø Con Las conexiones entre instrumentos logran hacer el control de lazo cerrado y controlar la apertura de la válvula y monitorear la variable temperatura en el proceso, de esta forma controlaremos el proceso de forma automática y los errores en las mediciones dependen del tiempo de vida del instrumento y del grado de histéresis del proceso.
Ø Cuando se hizo la puesta en operación del sistema, se tuvieron en cuenta muchas variables, un intercambiador maneja muchas variables, presión, flujo y caudal pero la principal variable es temperatura, ya que de ella depende el funcionamiento del proceso, si esta importante variable no se le realiza un control adecuado, lo más probable es que el proceso no sea dinámico sino un proceso más análogo.
Ø Se efectuaron las mediciones de todas las variables que intervienen en el proceso, pero ocurre de que por la antigüedad del proceso, se detectaron errores muy altos en medición, además lo que más se tuvo en cuenta fue la respuesta del proceso. Se debe esperar 3 minutos a que se obtenga una medida correcta y no una medida errónea.
BIBLIOGRAFIA
ü El ABC de la instrumentación en el control de procesos industriales Gilberto Enriquez Halper Limusa 2000 (INTERCAMBIADORES DE CALOR)
ü http://www.honeywellsp.com/hw_productos_servicios/hw_sensores/Hw_MC/Hw_Controladores.htm CONTROLADORES HONEYWELL
ü Instrumentacion industrial. Antonio creusssolé (FUNCIONAMIENTO DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR) 8ª edición. Alfaomega-marcombo
ü http://img.directindustry.es/images_di/photo-g/intercambiador-calor-coraza-tubos-25340-3033635.jpg imagen de un intercambiador de calor
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