Diseño de un Banco de Calibración de Caudalímetros Líquidos
TITULACIÓN: Ingeniería Técnica Industrial en Electrónica Industrial
AUTORES: CRISTINA GALÁN BERMÚDEZ DE CASTRO DIRECTORES: JOSE RAMÓN LOPEZ LOPEZ
DATA: Mayo del 2012
HOJA DE IDENTIFICACIÓN Título Diseño de un Taller de Calibración de Caudalímetros Líquidos Código 878654
Documentación -
Índice general Memoria Anexos Planos Pliego de Condiciones Estado de mediciones Presupuesto Estudios con entidad propia
Titular: Empresa: BASF ESPAÑOLA S.L. CIF: B08200388 Dirección: Carretera Nacional 340 43006 Tarragona Teléfono: 977256200 Actividad: Química, industrial
Razón social: Empresa BASF ESPAÑOLA S.L.
Datos del personal del encargo: Nombre: CRISTINA GALÁN BERMÚDEZ DE CASTRO Titulación: Ingeniero Técnico Industrial NIF: 47767493-N Mail:
[email protected]
Tarragona, Mayo 2012
0. ÍNDICE GENERAL
Ingeniería Técnica Industrial especialidad en Electrónica Industrial
AUTOR: CRISTINA GALÁN BERMÚDEZ DE CASTRO DIRECTOR: JOSE RAMÓN LOPEZ LOPEZ
FECHA: Mayo / 2012
ÍNDICE GENERAL Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
HOJA DE IDENTIFICACIÓN Título Diseño de un Banco de Calibración de Caudalímetros Líquidos Código 878654
Documentación -
Índice general Memoria Anexos Planos Pliego de Condiciones Estado de mediciones Presupuesto Estudios con entidad propia
Titular: Empresa: BASF ESPAÑOLA S.L. CIF: B08200388 Dirección: Carretera Nacional 340 43006 Tarragona Teléfono: 977256200 Actividad: Química, industrial
Razón social: Empresa BASF ESPAÑOLA S.L.
Datos del personal del encargo: Nombre: CRISTINA GALÁN BERMÚDEZ DE CASTRO Titulación: Ingeniero Técnico Industrial NIF: 47767493-N Mail:
[email protected]
Tarragona, Mayo 2012
1
ÍNDICE GENERAL Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
0. ÍNDICE GENERAL
0
1. MEMORIA
11
1.1 Objeto del Proyecto
15
1.2 Alcance
15
1.3 Antecedentes
15
1.4
16
Normas y Referencias
1.4.1
Disposiciones Legales y Normas Aplicadas
16
1.4.2
Bibliografía
18
1.4.3
Programas
19
1.4.4
Otras Referencias
19
1.5
Definiciones y Abreviaturas
20
1.5.1
Definiciones
20
1.5.2
Abreviaturas
22
1.6 Requisitos de Diseño
25
1.6.1
Introducción al Proceso de Calibración
25
1.6.2
Método de Calibración Mediante Pesada Estática
25
1.6.3 Comparación del Caudal Medio y Caudal Instantáneo
26
1.6.4
Tipos de Caudalímetros a Calibrar
27
1.6.5
Operaciones Previas
28
1.6.6
Proceso de Calibración
30
1.7
Análisis y Soluciones
31
1.7.1
Cálculos del Proceso de Calibración
31
1.7.1.1 Introducción 1.7.1.2 Toma de Tratamiento de Datos
31 31
1.7.2
33
Cálculos del Sistema de Tuberías
1.7.2.1 Introducción 1.7.2.2 Comportamiento del Fluido 1.7.2.3 Cálculo de Caudal y Presión de Salida 1.7.2.4 Cálculo de la Densidad del Agua 1.7.2.5 Cálculo de la Densidad del Aire Húmedo
2
33 33 34 40 40
ÍNDICE GENERAL Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
1.7.3
Cálculos de Incertidumbres
41
1.7.3.1 Introducción 1.7.3.2 Incertidumbre del Sistema de Calibración (uqv) 1.7.3.3 Interpretación de los Resultados
41 42 46
1.7.4
Selección del Autómata Programable
46
1.7.5
Introducción al Step 7
48
1.7.5.1 1.7.5.2 1.7.5.3 1.7.5.4 1.7.6
Escritura del Programa Lenguajes de Programación Estructura Del Programa Tipos de Bloques
48 48 49 50
Introducción al GRAPHET
51
1.7.6.1 ¿Qué Es el GRAPHET? 1.7.6.2 Programar S7-GRAPH 1.7.6.3 Cadena Secuencial 1.7.6.4 Elementos de un Graphet
51 51 51 53
1.8
56
Resultados Finales
1.8.1
Elementos a Instalar
56
1.8.1.1 Elementos de Circuito 1.8.1.2 Elementos de Medición 1.8.1.3 Elementos de Programación
56 64 67
1.8.2
77
Programación
1.8.2.1 1.8.2.2 1.8.2.3 1.8.2.4 1.8.2.5 1.9
Descripción del Programa Principal Bloque de Organización Bloques de Primer Nivel Bloques de Segundo Nivel Bloques de Tercer Nivel
Planificación
77 78 78 83 89 93
1.10 Orden de Prioridad Entre los Documentos Básicos
3
100
ÍNDICE GENERAL Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
2. ANEXOS
101
2.1
Cálculos del Sistema de Tuberías
104
2.2
Cálculo de Incertidumbres
110
2.2.1
Incertidumbre Típica Asociada al Instrumento de Pesaje (um)
110
2.2.2
Incertidumbre Típica Asociada al Instrumento de Medida del Tiempo (ut)
110
2.2.3
Incertidumbre Típica Asociada al Cálculo de la Densidad del Aire Húmedo (uρa)
111
2.2.4
Incertidumbre Típica Asociada al Cálculo de la Densidad del
112
Líquido de Calibración (uρ) 2.3
Ejemplo Numérico de la Aplicación del Procedimiento
113
2.4
Programación
115
2.4.1 2.4.1.1 2.4.1.2 2.4.1.3 2.4.1.4 2.4.1.5
Direccionamiento de Entradas, Salidas y Marcas
115
Entradas Digitales Salidas Digitales Entradas Analógicas Salidas Analógicas Marcas
115 116 117 119 120
2.4.2
Bloque de organización
123
2.4.3
Graphet de Primer Nivel
126
2.4.4
Graphet de Segundo Nivel
138
2.4.5
Graphet de Tercer Nivel
149
4
ÍNDICE GENERAL Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
3. PLANOS
157
Núm.
Plano.
Página.
1
Situación
161
2
Emplazamiento
162
3
Esquema
163
4
Planta. Circuito de Llenado
164
5
Planta. Circuito de Retorno
165
6
Perfil
166
7
Alzado
167
8
Diagrama de Flujo. Circuito de Llenado
168
9
Diagrama de Flujo. Circuito de Retorno
169
10
CPU 314C – 2PtP
170
11
CPU 314C – 2PtP. Entradas Digitales (I)
171
12
CPU 314C – 2PtP. Entradas Digitales (II)
172
13
CPU 314C – 2PtP. Entradas Digitales (III)
173
14
CPU 314C – 2PtP. Entradas Digitales (IV)
174
15
CPU 314C – 2PtP. Salidas Digitales (I)
175
16
CPU 314C – 2PtP. Salidas Digitales (II)
176
17
CPU 314C – 2PtP. Salidas Digitales (III)
177
18
Módulo Entrada Digital SM 321.
178
19
Módulo Entrada Digital SM 321. Bastidor 0 slot 5 (I)
179
20
Módulo Entrada Digital SM 321. Bastidor 0 slot 5 (II)
180
21
Módulo Entrada Digital SM 321. Bastidor 0 slot 5 (III)
181
22
Módulo Salida Digital SM 322.
182
23
Módulo Salida Digital SM 322. Bastidor 0 slot 4 (I)
183
24
Módulo Salida Digital SM 322. Bastidor 0 slot 4 (II)
184
25
Módulo Entrada Analógica SM 331
185
26
Módulo Entrada Analógica SM 331. Bastidor 0 slot 6 (I)
186
27
Módulo Entrada Analógica SM 331. Bastidor 0 slot 6 (II)
187
28
Módulo Entrada Analógica SM 331. Bastidor 0 slot 7 (I)
188
29
Módulo Entrada Analógica SM 331. Bastidor 0 slot 7 (II)
189
30
Módulo Entrada Analógica SM 331. Bastidor 0 slot 8 (I)
190
31
Módulo Entrada Analógica SM 331. Bastidor 0 slot 8 (II)
191
5
ÍNDICE GENERAL Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
32
Módulo Entrada Analógica SM 331. Bastidor 0 slot 9 (I)
192
33
Módulo Entrada Analógica SM 331. Bastidor 0 slot 9 (II)
193
34
Módulo Entrada Analógica SM 331. Bastidor 0 slot 10 (I)
194
35
Módulo Entrada Analógica SM 331. Bastidor 0 slot 10 (II)
195
36
Módulo Entrada Analógica SM 331. Bastidor 0 slot 11 (I)
196
37
Módulo Entrada Analógica SM 331. Bastidor 0 slot 11 (II)
197
38
Módulo Entrada Analógica SM 331. Bastidor 1 slot 4 (I)
198
39
Módulo Entrada Analógica SM 331. Bastidor 1 slot 4 (II)
199
40
Módulo Entrada Analógica SM 331. Bastidor 1 slot 5 (I)
200
41
Módulo Entrada Analógica SM 331. Bastidor 1 slot 5 (II)
201
42
Módulo Salida Analógica SM 332
202
43
Módulo Salida Analógica SM 332. Bastidor 1 slot 7 (I)
203
44
Módulo Salida Analógica SM 332. Bastidor 1 slot 7 (II)
204
45
Módulo Salida Analógica SM 332. Bastidor 1 slot 8 (I)
205
46
Módulo Salida Analógica SM 332. Bastidor 1 slot 8 (II)
206
47
Módulo Entrada Analógica SM 331. Bastidor 1 slot 9 (I)
207
48
Módulo Entrada Analógica SM 331. Bastidor 1 slot 9 (II)
208
49
Módulo Entrada Analógica SM 331. Bastidor 1 slot 10 (I)
209
50
Módulo Entrada Analógica SM 331. Bastidor 1 slot 10 (II)
210
51
Módulo Entrada Analógica SM 331. Bastidor 1 slot 11 (I)
211
52
Módulo Entrada Analógica SM 331. Bastidor 1 slot 11 (II)
212
53
Módulo Entrada Analógica SM 331. Bastidor 2 slot 4 (I)
213
54
Módulo Entrada Analógica SM 331. Bastidor 2 slot 4 (II)
214
55
Módulo Entrada Analógica SM 331. Bastidor 2 slot 5 (I)
215
56
Módulo Entrada Analógica SM 331. Bastidor 2 slot 5 (II)
216
57
Módulo Entrada Analógica SM 331. Bastidor 2 slot 6 (I)
217
58
Módulo Entrada Analógica SM 331. Bastidor 2 slot 6 (II)
218
59
Módulo Entrada Analógica SM 331. Bastidor 2 slot 7 (I)
219
60
Módulo Entrada Analógica SM 331. Bastidor 2 slot 7 (II)
220
6
ÍNDICE GENERAL Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
4. PLIEGO DE CONDICIONES
221
4.1
225
Condiciones Generales
4.1.1
Descripción
225
4.1.2
Introducción
225
4.1.3 Normas y Reglamentos
225
4.1.4
225
Materiales
4.1.5 Ejecución de la Obra
226
4.1.5.1 4.1.5.2 4.1.5.3
226 226 226
Inicio Plazo de Ejecución Libro de Órdenes
4.1.6
Ensayos y Reconocimientos
226
4.1.7
Personal
227
4.1.8 Interpretación y Desarrollo del Proyecto
227
4.1.9 Trabajos Complementarios
228
4.1.10 Modificaciones
228
4.1.11 Obra Defectuosa
229
4.1.12 Medios Auxiliares
229
4.1.13 Conservación de las Obras
229
4.1.14 Recepción de las Obras
229
4.1.14.1 4.1.14.2 4.1.14.3
229 229 230
Recepción Provisional Periodo de Garantía Recepción Definitiva
4.1.15 Responsabilidades
230
5.1.16 Pagos
230
4.2
231
Condiciones Administrativas
4.2.1 Contrato
231
4.2.2 Rescisión del contrato
231
4.2.3
Suspensión de los Trabajos
232
4.2.4
Timbrado de la factura
232
4.3 Condiciones Facultativas
233
4.3.1
Condiciones Generales
233
4.3.2
Normas a seguir
233
4.3.3
Material y equipos
233
4.3.4
Ensayos
233
7
ÍNDICE GENERAL Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
4.4 Condiciones Económicas
235
4.4.1
Liquidaciones
235
4.4.2
Liquidación en Caso de Rescisión del Contrato
235
4.4.3 Precios y Condiciones de Pago
235
4.4.4
236
Impuestos
4.4.5 Penalizaciones
236
4.4.6
Revisión de Precios
236
4.4.7 Fianza y Plazo de Garantía
236
4.4.8 Cláusulas Financieras
237
4.5
238
Condiciones Técnicas
4.5.1
Objeto
238
4.5.2
Obras a Realizar
238
4.5.3
Descripción del Sistema
238
4.5.4
Tipo de Protecciones
238
4.5.4.1 4.5.4.2 4.5.4.3 4.5.4.4 4.5.5
Tipo de Aislamiento Protección Contra Descargas Eléctricas Protección Contra Contactos Indirectos Protección Contra Cortocircuitos y Sobrecargas Condiciones por Aislamiento de las Instalaciones
238 238 239 239 239
4.5.6 Condiciones de los Accionamientos Manuales
239
4.5.7 Condiciones Montaje PLC’s
240
4.5.7.1 4.5.7.2 4.5.7.3 4.5.7.4
240 240 241 241
Condiciones Ambientales Distribución de los Componentes Cableado de los PLCs Alimentación de los PLCs
4.5.8
Condiciones de Actuadores
241
4.5.9
Condiciones de los Conductores
242
4.5.9.1 4.5.9.2 4.5.9.3
Instalación de los Cables Instalación de Cable Bajo Tubo Salida de Cables
242 242 243
4.5.10 Cajas de Conexiones y Empalmes
243
4.5.11 Conexión a Tierra
244
4.6
244
Conclusiones
8
ÍNDICE GENERAL Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
5. ESTADO DE MEDICIONES
245
5.1
Elementos del Circuito Hidráulico
248
5.2
Elementos de Medición
256
5.3
Elementos de Programación
258
5.4
Elementos del Circuito Eléctrico
260
5.5
Elementos de Seguridad y Salud
262
6. PRESUPUESTO
263
6.1
Listado de Materiales. Precios Simples
266
6.2
Precios Descompuestos
272
6.2.1
Elementos del Circuito Hidráulico
272
6.2.2
Elementos de Medición
283
6.2.3
Elementos de Programación
285
6.2.4
Elementos del Circuito Eléctrico
289
6.2.5
Elementos de Seguridad y Salud
292
6.3
Presupuesto
294
6.3.1
Elementos del Circuito Hidráulico
294
6.3.2
Elementos de Medición
296
6.3.3
Elementos de Programación
296
6.3.4
Elementos del Circuito Eléctrico
297
6.3.5
Elementos de Seguridad y Salud
297
6.4
Resumen del Presupuesto
298
9
ÍNDICE GENERAL Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
7. ESTUDIO CON ENTIDAD PROPIA
299
7.1
Introducción
302
7.2
Organización del trabajo
302
7.2.1
Puestos de trabajo
302
7.2.2
Formación y vigilancia de la salud
302
7.2.3
Identificación general de riesgos
305
7.3
Plan de prevención
318
7.3.1
Espacios de trabajo
318
7.3.2
Equipo de protección individual
321
7.3.3
Señalizaciones
324
7.3.4
Equipos de trabajo
327
7.3.5
Protección contra riesgo eléctrico
331
7.3.6
Protección contra riesgo químico
335
7.3.7
Protección contra incendios
336
7.3.8
Protección contra la manipulación manual de cargas
339
7.3.9
Protección contra la pantalla de visualización
340
7.3.10 Plan de emergencia
342
7.3.10.1 Organización 7.3.10.2 ¿Qué hacer en caso de emergencia? 7.3.10.3 Primeros auxilios
342 343 344
10
1. MEMORIA
Ingeniería Técnica Industrial especialidad en Electrónica Industrial
AUTOR: CRISTINA GALÁN BERMÚDEZ DE CASTRO DIRECTOR: JOSE RAMÓN LOPEZ LOPEZ
FECHA: Mayo / 2012
11
MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
HOJA DE IDENTIFICACIÓN Título Diseño de un Banco de Calibración de Caudalímetros Líquidos Código 878654
Documentación -
Índice general Memoria Anexos Planos Pliego de Condiciones Estado de mediciones Presupuesto Estudios con entidad propia
Titular: Empresa: BASF ESPAÑOLA S.L. CIF: B08200388 Dirección: Carretera Nacional 340 43006 Tarragona Teléfono: 977256200 Actividad: Química, industrial
Razón social: Empresa BASF ESPAÑOLA S.L.
Datos del personal del encargo: Nombre: CRISTINA GALÁN BERMÚDEZ DE CASTRO Titulación: Ingeniero Técnico Industrial NIF: 47767493-N Mail:
[email protected]
Tarragona, Mayo 2012
12
MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
ÍNDICE 1.1 Objeto del Proyecto
15
1.2 Alcance
15
1.3 Antecedentes
15
1.4
16
Normas y Referencias
1.4.1
Disposiciones Legales y Normas Aplicadas
16
1.4.2
Bibliografía
18
1.4.3
Programas
19
1.4.4
Otras Referencias
19
1.6
Definiciones y Abreviaturas
20
1.5.1
Definiciones
20
1.5.2
Abreviaturas
22
1.6 Requisitos de Diseño
25
1.6.1
Introducción al Proceso de Calibración
25
1.6.2
Método de Calibración Mediante Pesada Estática
25
1.6.3 Comparación del Caudal Medio y Caudal Instantáneo
26
1.6.4
Tipos de Caudalímetros a Calibrar
27
1.6.5
Operaciones Previas
28
1.6.6
Proceso de Calibración
30
1.7
Análisis y Soluciones
31
1.7.1
Cálculos del Proceso de Calibración
31
1.7.1.1 Introducción 1.7.1.2 Toma de Tratamiento de Datos
31 31
1.7.2
33
Cálculos del Sistema de Tuberías
1.7.2.1 Introducción 1.7.2.2 Comportamiento del Fluido 1.7.2.3 Cálculo de Caudal y Presión de Salida 1.7.2.4 Cálculo de la Densidad del Agua 1.7.2.5 Cálculo de la Densidad del Aire Húmedo
13
33 33 34 40 40
MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
1.7.3
Cálculos de Incertidumbres
41
1.7.3.1 Introducción 1.7.3.2 Incertidumbre del Sistema de Calibración (uqv) 1.7.3.3 Interpretación de los Resultados
41 42 46
1.7.4
Selección del Autómata Programable
46
1.7.5
Introducción al Step 7
48
1.7.5.1 1.7.5.2 1.7.5.3 1.7.5.4 1.7.6
Escritura del Programa Lenguajes de Programación Estructura Del Programa Tipos de Bloques
48 48 49 50
Introducción al GRAPHET
51
1.7.6.1 ¿Qué Es el GRAPHET? 1.7.6.2 Programar S7-GRAPH 1.7.6.3 Cadena Secuencial 1.7.6.4 Elementos de un Graphet
51 51 51 53
1.8
56
Resultados Finales
1.8.1
Elementos a Instalar
56
1.8.1.1 Elementos de Circuito 1.8.1.2 Elementos de Medición 1.8.1.3 Elementos de Programación
56 64 67
1.8.2
77
Programación
1.8.2.1 1.8.2.2 1.8.2.6 1.8.2.7 1.8.2.8 1.9
Descripción del Programa Principal Bloque de Organización Bloques de Primer Nivel Bloques de Segundo Nivel Bloques de Tercer Nivel
Planificación
77 78 78 83 89 93
1.10 Orden de Prioridad Entre los Documentos Básicos
14
100
MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
1.1 Objeto del Proyecto El principal objetivo es el diseño de un banco de pruebas para la calibración de caudalímetros líquidos. El diseño del banco se ha realizado a través del método de calibración facilitado por el Centro Español de Metrología. Para el siguiente proyecto ha sido necesaria la recopilación de información respecto a los diferentes temas que, por ser desconocidos a priori, han ido surgiendo a medida que se iba desarrollando el proyecto. Por lo tanto, para conseguir dicho objetivo se han tratado las siguientes partes: •
Estudio del proceso de calibración.
•
Diseño del banco de pruebas, teniendo en cuenta que el sistema de tuberías tuviera las menores pérdidas de carga posibles.
•
Automatización del proceso de calibración.
1.2 Alcance El conjunto del proyecto tiene un ámbito de aplicación exclusivamente industrial, así como su realización o montaje. El proyecto empieza por el diseño de éste hasta su puesta en marcha final. La aplicación del procedimiento es específica para los caudalímetros destinados a la medida de caudal de líquidos en conductos cerrados midiendo estáticamente la masa de líquido vertida en un tanque de pesada. Se puede aplicar a cualquier líquido con la condición de que su presión de vapor sea tal que cualquier escape de líquido del tanque de recogida, por evaporación, no sea suficiente para afectar a la precisión de medida. Este procedimiento no es aplicable a líquidos tóxicos o corrosivos.
1.3 Antecedentes El proyecto se iniciará con el estudio y diseño del sistema de tuberías para el procedimiento de calibración de caudalímetros líquidos. Pero después de realizar dicho diseño, como todo proceso industrial se compone de secuencias de acciones que deben ser controladas. En los procesos sencillos, un operario es el que se encarga de este control y de vigilar la marcha correcta del sistema pero en la mayoría de las ocasiones, esto no es posible debido al tamaño del proceso. La mejor opción para el control de procesos industriales es el empleo de autómatas programables. Así pues, hoy en día, en las industrias, todos los procesos de producción tienden a estar controlados mediante sistemas automatizados.
15
MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
1.4 Normas y Referencias 1.4.1
Disposiciones Legales y Normas Aplicadas
•
Norma UNE-EN 24006 Medición del caudal de fluidos en conductos cerrados. Vocabulario y símbolos. AENOR 1997.
•
Norma UNE-EN 24185 Medida de caudal de líquidos en conductos cerrados Método por pesada. AENOR 1994
•
Norma UNE-EN 157001 Criterios generales para la elaboración de proyectos. AENOR 2002
•
Norma IRAM 4505 Dibujo Técnico Escalas Lineales Para Construcciones Civiles Y Mecánicas
•
IEC 61131-3: un recurso de programación estándar
•
VDI / VDE 3845 (septiembre de 2004) tiene el título de "Válvulas Industriales Control de Procesos - Interfaces entre válvulas, actuadores y equipos auxiliares"
•
NORMA UNE-EN ISO 5211:2001 Válvulas industriales. Acoplamiento de los accionadores de las válvulas de giro parcial. (ISO 5211:2001). AEANOR 2001
•
DIN 24255: Bombas normalizadas horizontales sobre bancada según EN 733
•
AISI 304: Bombas verticales In-line sencillas
•
Norma UNE-EN ISO 9000 - Sistemas de Gestión de la calidad. Fundamentos y vocabulario (ISO 9000: 2005). AENOR 2005.
•
Norma UNE 1027 - Dibujos técnicos. Plegado de planos. AENOR 1995.
•
Norma UNE 1032 - Dibujos técnicos. Principios generales de representación. AENOR 1997.
•
Norma UNE-EN ISO 7200 - Documentación técnica de productos. Campos de datos en bloques de títulos y en cabeceras de documentos (ISO 7200:2004) AENOR 2004.
•
Norma UNE 1039 - Dibujos técnicos. Acotación. Principios generales, definiciones, métodos de ejecución e indicaciones especiales. AENOR 1994.
•
Norma UNE 1135 - Dibujos técnicos. Lista de elementos. AENOR 1989.
•
Norma UNE 1166 - Documentación técnica de productos. AENOR 1996.
•
Norma UNE-EN ISO 3098 - Documentación técnica de productos. Escritura. Requisitos generales. AENOR 2001.
•
Norma UNE-EN ISO 5455 - Dibujos técnicos. AENOR 1996.
•
Norma UNE-EN ISO 5456-2 - Dibujos, técnicos. Métodos de proyección. AENOR 2000.
•
Norma CEI 848. Preparación de diagramas funcionales para sistemas de control
•
Norma ISA S5 - Identificación de instrumentos. 1984 (1992) 16
MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
•
Real Decreto 1317/1989 - Unidades Legales de Medida.
•
Ley 31/1995, de 8 de noviembre, Prevención de Riesgos Laborales
•
Guía técnica para la evaluación y prevención de los riesgos relativos a la utilización de lugares de trabajo. Ministerio de Trabajo y Asuntos sociales
•
Real Decreto 486/1997, de 14 de Abril, sobre disposiciones mínimas de Seguridad Y Salud en los Lugares de Trabajo
•
Real Decreto 1618/1990 de 4 de julio Reglamento de instalaciones de Calefacción y Climatización
•
Real Decreto 773/1997, de 30 de mayo, sobre disposiciones mínimas de Seguridad y Salud laboral relativas a la utilización por los trabajadores de Equipos de Protección Individual.
•
Real Decreto 485/1997, de 14 de abril, sobre disposiciones mínimas en materia de señalización de seguridad y salud en el trabajo.
•
Real Decreto 1215/1997, de 18 de julio, por el que establecen las disposiciones mínimas de seguridad y salud para la utilización por los trabajadores de los equipos de trabajo.
•
Real Decreto 614/2001, de 8 de junio, sobre disposiciones mínimas para la protección de la salud y seguridad de los trabajadores frente al riesgo eléctrico.
•
Real Decreto 374/2001, de 6 de abril, sobre la protección de la salud y seguridad de los trabajadores contra los riesgos relacionados con los agentes químicos durante el trabajo.
•
Real Decreto 2267/2004, de 3 de diciembre por el que se aprueba el reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales.
•
Real Decreto 1942/1993, de 5 de noviembre, por el que se aprueba el Reglamento de Instalaciones de Protección contra Incendios.
•
Real Decreto 487/97, de 14 de abril, sobre disposiciones mínimas de seguridad y salud relativas a la manipulación manual de cargas que entrañen riesgos, en particular dorso lumbares para los trabajadores
•
Real Decreto 488/1997, de 14 de abril, sobre disposiciones mínimas de seguridad y salud relativas al trabajo con equipos que incluyen pantallas de visualización.
•
NTP 791. Planes de emergencia interior en la industria química.
•
NTP 458. Primeros auxilios en la empresa: organización.
•
Directiva 93/104/CE, relativa a determinados aspectos de la ordenación del tiempo de trabajo.
•
Directiva 86/686/CE, relativa a los requisitos mínimos de Salud y Seguridad para el uso de los trabajadores de EPI en el lugar de trabajo
•
ITC-BT 024. Protección contra contactos.
•
NBE/CPI/96. Condiciones de protección contra incendios en los edificios
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MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
1.4.2
Bibliografía
•
Procedimiento para la realización de procedimientos de calibración. Grupo de trabajo MINER-CEN. Edición. 1998.
•
Procedimiento ME-008 para la calibración de caudalímetros de líquidos mediante método gravimétrico. CEM. Edición 0.
•
Vocabulario Internacional de términos básicos y generalidades de metrología (VIM)-CEM 1994.
•
Verificación de equipos para servicios de metrología nacional. OIML G10. Edición 1986.
•
Caudalímetros para la medición de agua fría potable. Métodos de test. OIML R 49-2. Edición 2004.
•
Expresión de la incertidumbre de medida en las calibraciones. Documento CEAENAC-LC/02. 1998
•
La evaluación de flujo estándar y las instalaciones utilizadas para las pruebas de caudalímetros de agua. OIML D7. Edición 1984.
•
Robert L. Mott. Mecánica de fluidos. Pearson Educación. Sexta edición. 2006
•
D.N.W. Kentish Tuberías Industriales. URMO, s.a. de ediciones. 1989.
•
Pao.R.H.F. Fluid Mechanics. Jonh Wiley e hijos. 1961.
•
Harchelroad, FP; Rottinghaus, DM, Emergency Medicine, 6th ed., Chapter 200 Chemical Burns, 2004
•
Hojas de información monográficas nº 10. Seguridad y salud en lugares de trabajo. Generalitat de Catalunya Departament de Treball Direcció General de Relacions Laborals
•
Hojas de información monográficas nº 5. Agentes químicos. Generalitat de Catalunya Departament de Treball Direcció General de Relacions Laborals
•
Hojas de información monográficas nº 12. Pantallas de visualización. Generalitat de Catalunya Departament de Treball Direcció General de Relacions Laborals
•
Hojas de información monográficas nº 15. Etiquetaje de sustancias y preparados peligrosos. Generalitat de Catalunya Departament de Treball Direcció General de Relacions Laborals
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MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
1.4.3
Programas
Programa para la automatización del procedimiento: •
Simatic S7
Programa utilizado para la interpretación de los resultados: •
Microsoft Excel 2003
•
Access 2003
Programa utilizado para el diseño gráfico •
Autocad 2011
1.4.4
Otras Referencias
•
www.siemens.com
•
www.electronicapic.iespana.es
•
www.samson.com
•
www.ebara.es
•
http://www.cloralottowoessner.com
•
http://www.istas.ccoo.es
•
http://www.construmatica.com
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MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
1.5 Definiciones y Abreviaturas 1.5.1
Definiciones
Automatización: La Automatización es la ejecución automática y coordinada de las tareas necesarias para operar el proceso en forma óptima, ajustando su desempeño a los lineamientos establecidos por los organismos de dirección. Autómata: Es un dispositivo electrónico programable por el usuario que se utiliza para controlar, dentro de un entorno industrial, máquinas o procesos lógicos y/o secuénciales. Calibración: Conjunto de operaciones que establecen, en condiciones especificadas, la relación entre los valores de una magnitud indicados por un instrumento de medida o un sistema de medida, o los valores representados por una medida materializada o por un material de referencia, y los valores correspondientes de esa magnitud realizados por patrones. Caudal: Cociente entre la cantidad de fluido que circula a través de la sección transversal de un conducto y el tiempo en pasar a través de esta sección. Caudal másico, qm: Caudal para el que la cantidad de fluidos se expresa bajo la forma de una masa. Caudal volumétrico, qv: Caudal para el que la cantidad de fluidos se expresa bajo la forma de un volumen. Caudalímetro: Instrumento de medición que indica el caudal medido. Corrección de empuje hidrostático: Corrección a introducir en las lecturas de un instrumento de pesaje para tener en cuenta la diferencia entre el empuje ejercido por la atmósfera sobre el líquido pesado y sobre las masas patrón utilizadas en la calibración del instrumento de pesaje. Desviador: Dispositivo que orienta la corriente hacia el depósito colocado sobre la báscula o hacia un circuito de derivación, sin perturbar el caudal en el circuito. Diagrama de PERT El diagrama PERT es una representación gráfica de las relaciones entre las tareas del proyecto que permite calcular los tiempos del proyecto de forma sencilla.
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MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Incertidumbre de medida: Parámetro, asociado al resultado de una medición, que caracteriza la dispersión de los valores que podrían razonablemente ser atribuidos al mensurado. Instrumento de medida: Dispositivo destinado a utilizarse para hacer mediciones, solo o asociado a uno o varios dispositivos anexos. Instrumento de pesaje: Instrumento que sirve para determinar el valor de la masa de un cuerpo utilizando la acción de la gravedad sobre dicho cuerpo, pudiendo servir, además, para determinar otras magnitudes, cantidades, parámetros o características relacionadas con la masa. Por instrumento de pesaje de funcionamiento no automático se entiende un instrumento de pesaje que requiere la intervención de un operador en el transcurso de la pesada. Método de medida: Sucesión lógica de las operaciones, descritas de una forma genérica, utilizadas en la ejecución de las mediciones. Método por pesada: Método de medida, generalmente aplicado a los líquidos, según el cual la corriente del fluido se dirige intermitentemente o continuamente hacia un depósito colocado sobre la plataforma de un instrumento de pesaje. El caudal se obtiene midiendo la masa de fluido recogida en el tiempo correspondiente. Pesada estática: Método según el cual la masa neta de fluido recogida se deduce de la pesada de la tara y de la masa bruta. Estas medidas se realizarán respectivamente antes y después de que el fluido haya sido dirigido hacia el depósito de pesada durante un intervalo de tiempo medido. Procedimiento de medida: Conjunto de operaciones, descritas de forma específica, utilizadas en la ejecución de mediciones particulares según el método dado. Proceso Conjunto de actividades mutuamente relacionadas o que interactúan, las cuales transforman elementos de entrada en resultados
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MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
1.5.2
Abreviaturas
γ
Peso específico
χco2
Fracción molar de CO2.
χv
Fracción molar de vapor de agua.
ρw
Densidad del agua
A
Sección de la tubería
AN
Anual
CPU
Central Processing Unit; Unidad central de proceso
D
Diámetro interior de la tubería
desv
Desviador del flujo de agua
DN
Diámetro nominal
E
Error
f
Factor de fricción
FC
Control de caudal
g
Fuerza de la gravedad
G
Bomba
h
Humedad relativa al aire.
hA
Energía que se agrega al fluido con un dispositivo mecánico, como una bomba.
MC
Control de humedad
hL
Pérdida de energía debido a la fricción
hR
Energía que se remueve del fluido por medio de un dispositivo mecánico.
I
Indicación del instrumento de pesaje con el depósito de pesada lleno.
Io
Indicación del instrumento de pesaje con el depósito de pesada vacío.
L
Longitud de la corriente del flujo
LAH
Alarma de nivel máximo
LAL
Alarma de nivel mínimo
Lf
Lectura final caudalímetro a calibrar.
Li
Lectura inicial caudalímetro a calibrar.
M
Flujo másico
m
Masa del líquido
M
Masa molar del gas
MC
Control de humedad 22
MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Ma
Masa molar de aire seco
ME
Mensual
Mv
Masa molar de vapor de agua.
n
Número de moles.
p
Presión de flujo
PA
Potencia transmitida al fluido
P.A.S
Proteger, avisar, socorrer
PC
Control de presión
PE
Paro de emergencia
PERT
Program Evaluation and Review Technique
PI
Potencia introducida a la bomba
PLC
Programmable Logic Controller. Controlador lógico programable.
P_M
Paro - marcha
psv
Presión de saturación de vapor de agua.
Q
Caudal
qmi
Caudal másico
qvi
Caudal volumétrico
R
Constante molar de los gases.
RSC
Control de velocidad real
RefSC
Control de la velocidad de referencia
RZC
Control de posición real
RefZC
Control de la posición de referencia
SE
Semanal
T
Temperatura del líquido utilizado en la calibración.
t
Tiempo de vertido en el depósito de pesaje.
ta
Tiempo optimista, representa el tiempo mínimo en el que se puede realizar la actividad.
tb
Tiempo pesimista, representa el tiempo máximo para poder realizar las obras
TC
Control de temperatura
te
Tiempo esperado para una actividad
ti
Tiempo early del comienzo de la actividad
tj
Tiempo last del comienzo de la actividad
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MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
tm
Tiempo modal, representa el tiempo que normalmente se utiliza en ejecutar la actividad.
tw
Temperatura en grados Celsius de acuerdo con IT-90
u(f)
Incertidumbre relativa asociada ala fórmula
u(t)
Incertidumbre asociada a la medida de temperatura
u(ρa)
Incertidumbre de la densidad del aire
uformula
Incertidumbre de la fórmula
uh
Incertidumbre de la humedad relativa
up
Incertidumbre de la presión
ut
Incertidumbre de la temperatura
v
Velocidad del fluido
V3v
Válvula 3 vías
Vb
Válvula bola
Vft
Válvula fondo tanque
Vtn
Válvula todo-nada
Vs
Válvula de seguridad
VSC
Control de velocidad variable
w
Peso del elemento
WC
Control de pesaje
Z
Factor de comprensibilidad
ZC
Control de posición
z
Distancia con el punto de referencia
ρ
Densidad del líquido
ρa
Densidad del aire.
ρp
Densidad de masas patrón
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MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
1.6 Requisitos de Diseño 1.6.1
Introducción al Proceso de Calibración
En el proceso de calibración instrumental comparamos el valor del equipo (proporcionado por el instrumento) con el valor conocido (proporcionado por el patrón). El valor patrón es aquello con lo que vamos a comparar el valor del instrumento, así que siempre que sea posible debemos utilizar patrones con elevado nivel metrológico (es decir, elevada trazabilidad, reducida incertidumbre,…), como instrumentos de referencia o materiales certificados, o en este caso un procedimiento que nos da un valor más preciso al del instrumento. VALOR TEÓRICO
VALOR PRÁCTICO
PROCEDIMIENTO
Valor del instrumento
Valor patrón
Simatic S7 SIEMENS
CPU GRAPHET 7 EXCEL ACCESS
CALIBRACIÓN Figura 1.1. Esquema del proceso de calibración.
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MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Tal y como se puede ver en la Figura 1.1, el valor del instrumento, en este caso el valor del caudalímetro, se obtiene a partir del sistema de control de Siemens Simatic S7. Al igual que el valor del caudalímetro, también se obtienen los valores necesarios para calcular el valor patrón, tales como el peso del tanque de pesada, el tiempo de llenado y otros valores para calcular las incertidumbres… Una vez obtenidos estos valores se envían a la unidad central de procesamiento (CPU). A través de un programa específico de Siemens se programará una aplicación con los programas Excel y Access de la empresa Microsoft. Los valores necesarios para calcular el valor patrón con el que se comparara el valor obtenido del caudalímetro, se obtendrán a partir del método de calibración mediante pesada estática. A continuación se explica en que consiste dicho método. 1.6.2
Método de Calibración Mediante Pesada Estática
El principio del método1 de medida de un caudal del líquido por pesada consiste en: -
determinar la masa inicial del tanque de pesada más la de cualquier líquido residual que contenga (Io).
-
desviar el flujo dentro del tanque de pesada maniobrando el desviador, el cual acciona un cronómetro para la medida del tiempo de llenado (t).
-
determinar la masa final del tanque más la del líquido recogido dentro (I).
Por diferencia de lectura de la masa final e inicial se obtiene la masa del líquido medida (m) que permite calcular el caudal másico patrón mediante la indicación del tiempo medido y mediante la densidad del líquido, el caudal másico patrón se transforma en caudal volumétrico patrón. Finalmente se compara el valor así obtenido con el indicado por el caudalímetro a calibrar. 1.6.3 Comparación del Caudal Medio y Caudal Instantáneo Conviene destacar que sólo puede obtenerse el valor medio del caudal durante el periodo de duración del llenado. Los valores instantáneos de caudal obtenidos en el circuito de flujo mediante otro instrumento, únicamente pueden compararse con el caudal medio si se mantiene estable el caudal mediante un dispositivo estabilizador del flujo durante el intervalo de medida o si los valores instantáneos son correctos durante el promedio de tiempo del periodo total de llenado.
1
Centro espanyol de metrologia. Procedimiento ME-008 para la calibración de caudalímetros de líquidos mediante método gravimétrico. Ministerio de ciencia y tecnología. Edición 0.
26
MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
1.6.4
Tipos de Caudalímetros a Calibrar
A continuación se muestra los posibles caudalímetros a calibrar utilizando este banco de pruebas: Caudalímetros magnéticos Están basados en la ley de Faraday que enuncia que el voltaje inducido a través de un conductor que se desplaza transversal a un campo magnético es proporcional a la velocidad del conductor. Aplicamos un campo magnético a una tubería y medimos su voltaje de extremo a extremo de la tubería. Este sistema es muy poco intrusivo pero solo funciona con líquidos que tengan algo de conductividad eléctrica. Es de muy bajo mantenimiento ya que no tiene partes móviles. Caudalímetros electrónicos de turbina Una turbina colocada de frente al flujo, encapsulada en las paredes de un tubo, rota proporcionalmente al caudal. La turbina, fabricada con un compuesto de resina y polvo de alnico, genera un campo magnético que es leído y codificado por un Hall-Effect switch. Caudalímetros másicos Están basados en el efecto Coriolis. Éste se basa en el principio de las fuerzas inerciales que son generadas cuando una partícula en un cuerpo rotatorio se mueve con respecto al cuerpo acercándose o alejándose del centro de rotación. Caudalímetros por contadores Aparatos medidores integradores autónomos, que determinan continuamente el volumen de fluido que pasa por ellos, empleando un procedimiento mecánico directo, en el que intervienen dos cámaras volumétricas (contadores volumétricos), o en función del efecto de la velocidad del fluido sobre el giro de un elemento en movimiento (contadores de velocidad). •
ruedas ovales
•
émbolo
Existen otro tipo de caudalímetros, pero para poder aplicar esta metodología de calibración se necesitaría una instalación adicional.
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MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
1.6.5
Operaciones Previas
Liquido de ensayo Teniendo en cuenta que las propiedades del líquido de ensayo pueden influir en las características del caudalímetro común consiste en utilizar como líquido de calibración agua a una temperatura entre 4 ºC y 35 ºC, libre de aire retenido, de partículas magnéticas y limpia de partículas visibles. En caso de utilizar otro líquido es necesario conocer o determinar su tipo, la viscosidad, la densidad y la conductividad. La presión de ensayo será lo suficientemente alta como para mantener el líquido por encima de su presión de vapor y evitar que los gases disueltos en el líquido salgan de la solución en algún punto del sistema de tuberías. Condiciones de referencia La atmosfera normal de referencia tiene las siguientes especificaciones: -
temperatura:
20 ºC
-
humedad relativa:
65 %
-
presión atmosférica:
1013 mbar
Estos valores de referencia son a los que se corrigen mediante cálculos, los valores medidos en otras condiciones. En muchos casos es difícil contar con un factor de corrección para la humedad. En estos casos solo se tendrán en cuenta las condiciones de referencia de temperatura y presión. Condiciones ambientales de calibración La razón máxima permisible de cambio de la temperatura, durante el proceso de calibración, será de 5ºC en 1 h. Condición ambiental
Rango admisible
Temperatura
4 ºC a 35 ºC
Humedad relativa
35 % a 75 %
Presión atmosférica
860 mbar a 1060 mbar
Tabla 1.1.Rango admisible en las condiciones ambientales
En aquellos casos en que se desconocen los factores de corrección para ajustar los parámetros sensibles a las condiciones ambientales a sus valores normales de referencia, y cuando resultan insatisfactorias las mediciones realizadas en el campo admisible de las condiciones ambientales de calibración, es necesario realizar la calibración en condiciones más estrictas tal y como se muestra en la Tabla 1.2.
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MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Condición ambiental Temperatura Humedad relativa Presión atmosférica
Rango admisible 20 ºC 65 % 860 mbar a 1060 mbar
Tolerancia ± 2 ºC ±5%
Tabla 1.2. Condiciones ambientales más estrictas
Consideraciones previas El caudalímetro a calibrar debe instalarse entre dos tramos rectos de tuberías cilíndrica de sección constante. La tubería se considerará rectilínea cuando así se aprecie a simple vista. El diámetro interior de la tubería debe satisfacer los valores indicados para cada tipo de caudalímetro a calibrar. El conducto de medida debe presentar una superficie interior limpia, sin incrustaciones, sedimentos ni picaduras. A lo largo de las partes rectas mínimas necesarias la tubería debe ser de sección recta interior circular. La sección recta se considerará circular cuando así se aprecie a simple vista. El aspecto circular de la pared exterior puede servir de indicador. Se pueden utilizar conducciones fabricadas por soldadura siempre que el cordón de soldadura interior sea paralelo al eje de la conducción. Sobre la conducción se pueden practicar orificios de purga que durante el proceso de calibración deben estar cerrados y no deben permitir circular ningún caudal a su través durante la medición del caudal. Se comprobará que el caudalímetro a calibrar esté verificado de forma permanente con su marca, nº de serie, o código interno del propietario (código unívoco). Si no fuera así se le asignará un código que identifique marcándolo de forma indeleble, mediante etiqueta fuertemente adherida, etc. Si para el uso de alguno de los instrumentos de medida es necesaria su conexión a la alimentación eléctrica que tenga un periodo de calentamiento de al menos 60 min. Se arrancará la bomba y se abrirá lentamente la válvula, para evitar daños en el caudalímetro a calibrar. Se procede a abrir los dispositivos de purga y a verificar el buen funcionamiento de la vena fluídica de salida. Se considerará purgado el circuito cuando por los dispositivos de purga no salga aire interpuesto en la vena fluídica. Se realizarán varios accionamientos del desviador para verificar su buen funcionamiento. A continuación se procede al llenado del depósito de pesada y su posterior vaciado respetando el tiempo de escurrido de 30 segundos desde el final del caudal principal de salida.
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MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
1.6.6
Proceso de Calibración
Con el fin de evaluar el funcionamiento del caudalímetro en un campo de caudal prescrito, se deben seleccionar unos puntos de calibración para unos valores de caudal que sean, aproximadamente, 10%; 25%; 50%; 75%; 100% del intervalo de medida. Se realizarán cinco mediciones para cada punto de calibración y se calculará el caudal de salida promedio a partir de las cinco lecturas para cada caudal. Método de calibración por pesada estática Para cada medición en cada punto de calibración se realizará la siguiente secuencia: 1.
Mediante la bomba hidráulica se efectúa el ajuste de este al punto de caudal de calibración.
2.
Con el desviador situado en posición de vertido en dirección retorno al tanque principal se anotará la lectura dada por el instrumento de pesaje con el depósito de pesaje vacío.
3.
Se acciona el desviador a la posición de vertido hacia el depósito de pesada. El detector de proximidad accionará el sistema de medida de tiempo. Una vez transcurrido un tiempo de llenado mínimo de 30 segundos o una masa de líquido que sea como mínimo un 15% de la capacidad máxima del instrumento de pesaje se accionará el desviador hacia la posición de vertido en dirección de retorno al tanque de almacenamiento y en este momento se detendrá el conteo realizado por el sistema de medida del tiempo.
4.
Se anotará la indicación inicial del caudalímetro a calibrar, en caso que sea necesario (si la medida es por diferencia de dos medidas consecutivas tomadas del caudalímetro a calibrar).
5.
En este momento se anota la lectura dada por el caudalímetro a calibrar y la lectura dada por el instrumento de pesaje con la masa de líquido contenida en el depósito de pesada.
Este proceso se repetirá cinco veces para cada punto de caudal calibrado y una vez realizado este proceso se continuará con un nuevo punto de caudal repitiendo la secuencia mencionada anteriormente.
30
MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
1.7 Análisis y Soluciones 1.7.1
Cálculos del Proceso de Calibración
1.7.1.1 Introducción En este apartado se mostrarán los principales cálculos para el proceso de calibración del caudalímetro, comparando la medida de éste por otra medida más precisa a partir del método anteriormente mencionado en el Apartado 1.6.2. 1.7.1.2
Toma de Tratamiento de Datos
Se verificará que todos los instrumentos, medios y sistemas de medida utilizados en el proceso de calibración estén dentro de su periodo válido de calibración. Al inicio del proceso de calibración para cada punto de caudal se anotarán en la hoja de toma de datos: • • • •
Temperatura ambiente inicial. Presión barométrica inicial. Humedad relativa inicial. Densidad de las masas utilizadas en la calibración del instrumento de pesaje.
Para cada punto de calibración se obtienen los datos siguientes: Símbolo Io I ρa ρp m t qmi ρ qvi D
T Li Lf
Magnitud Indicación con depósito de pesada vacío Indicación con depósito de pesada lleno Densidad del aire Densidad de masas patrón Masa del líquido Tiempo de llenado Caudal másico Densidad del líquido Caudal volumétrico Diámetro interior de la tubería
Unidades (SI) kg kg kg/m3 kg/m3 kg s kg/s kg/m3 m3/s m
Temperatura del líquido utilizado en la K calibración. m3/s Lectura inicial caudalímetro a calibrar. m3/s Lectura final caudalímetro a calibrar.
Al finalizar el proceso de calibración, en cada punto de caudal se anotarán en la hoja de toma de datos: • • •
Temperatura ambiente final Presión barométrica final. Humedad relativa final.
31
MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Se calcularán los siguientes parámetros, utilizando las expresiones que se indican: 1.
m = masa medida m = I – Io
Si el proceso de calibración se realiza con un instrumento de pesaje de funcionamiento no automático provisto de dispositivo de tara o de puesta a cero la indicación obtenida será: m=I 2.
Se calcularán la densidad del aire húmedo. Para ello se determinará la presión media, la temperatura media y la humedad relativa media con los datos iniciales y finales de cada una de las condiciones ambientales.
3.
qmi = caudal másico patrón en una iteración:
ρa m ρp mρ ( ρp − ρa ) × = ρa tρp ( ρ − ρa ) t 1− ρ 1−
qmi
4.
=
qvi = caudal volumétrico patrón en una iteración:
qvi =
5.
qm
ρ
=
m − ( ρp − ρa ) tρp ( ρ − ρa )
qv = caudal volumétrico patrón medio en cada punto de caudal calibrado:
qv =
1
n
ni
∑ qvi =1
n = número de iteraciones en cada punto de caudal de calibración. 6.
Para cada punto de caudal calibrado se calculará el correspondiente coeficiente de calibración que es el cociente entre el caudal medio indicado por el caudalímetro mensurando en las iteraciones realizadas, en las condiciones de referencia definidas. αv =
qv qmen
32
MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
1.7.2
Cálculos del Sistema de Tuberías
1.7.2.1 Introducción En este apartado aplicando los principios de la mecánica de fluidos, se analizará con una base matemática cuales son las características principales de cada sector del sistema de tuberías. Se determinará el tipo de caudal que pasa por cada sector de la tubería y dependiendo del comportamiento de éste se calcularán las pérdidas ocasionadas en el sistema.
1.7.2.2
Comportamiento del Fluido
El comportamiento de un fluido, en particular en lo que se refiere a las pérdidas de energía, depende de que el flujo sea laminar o turbulento.
Símbolo Magnitud D Diámetro del tubo Viscosidad η ρ Densidad del fluido v Velocidad promedio del flujo Número de Reynols NR
NR =
•
Si
Unidades (SI) m N.s/m2 kg/m3 m/s
vDρ
η
NR < 2000, el flujo es laminar
El tipo de movimiento del fluido es perfectamente ordenado, estratificado, suave, de manera que el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse
Figura 2. Flujo laminar
•
Si 2000 < NR < 4000
El flujo está en una región crítica en la que no sabremos como se comportará.
33
MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Si NR > 4000, el flujo es turbulento
•
El flujo turbulento es caótico y varía de forma constante.
Figura 3. Flujo turbulento
1.7.2.3
Cálculo de Caudal y Presión de Salida
Principio de Continuidad
Símbolo Magnitud M Flujo másico ρ Densidad del fluido A Sección de la tubería v Velocidad promedio del flujo
Unidades (SI) kg/s kg/m3 m2 m/s
El método de cálculo de la velocidad de flujo en un sistema de conductos cerrados depende del principio de continuidad2. Un fluido circula con un flujo volumétrico constante, es decir, la cantidad de fluido que circula a través de cualquier sección en cierta cantidad de tiempo es constante. Esto se expresa en términos de flujo másico así: M1 = M 2
o bien, debido a que M = ρAv, tenemos: ρ1 A1v1 = ρ 2 A2 v2
2
Robert L. Mott. Mecànica de fluidos. Pearson Educación. Sexta edición. 2006
34
MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Ecuación de Bernoulli
Símbolo w z g v p γ •
Magnitud Peso del elemento Distancia con el punto de referencia Fuerza de la gravedad Velocidad promedio del flujo Presión de flujo Peso específico
Unidades N Pa
Unidades (SI) kg m m.kg/s2 m/s kg/m.s2 kg
Energía potencial Debido a su elevación, la energía potencial del elemento en relación con algún nivel de referencia es: EP = wz
•
Energía cinética Debido a su velocidad, la energía cinética del elemento es: EC =
•
wv 2 2g
Energía de flujo Representa la cantidad de trabajo necesario para mover el elemento de fluido a través de cierta sección contra la presión p. EF =
wp
γ
Entonces la cantidad total de energía de estas tres formas que posee el elemento de fluido es la suma E. E = EF + EP + EC E=
wp
γ
E=
+ wz +
p
γ
+z+
wv 2 2g
v2 2g
Suponiendo que no exista pérdida de carga, el principio de conservación de la energía requiere que: E1 = E 2
p1
γ
+ z1 +
v12 p v2 = 2 + z2 + 2 2g γ 2g
35
MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Pérdidas de Carga Cada válvula, codo, reductor y agrandamiento, ocasiona que se pierda energía del fluido. Además, mientras el fluido pasa por tramos recto de tubo, se pierde energía debido a la fricción. Un fluido en movimiento presenta resistencia por fricción al fluir. Parte de la energía del sistema se convierte en energía térmica (calor), que se disipa a través de las paredes de la tubería por la que circula el fluido. Las pérdidas y ganancias de energía en un sistema se contabilizan en términos de energía por unidad de peso del flujo que circula por él. Como abreviación de la carga emplearemos el símbolo h, para las pérdidas y ganancias de energía. hA
Energía que se agrega al fluido con un dispositivo mecánico, como una bomba.
hR
Energía que se remueve del fluido por medio de un dispositivo mecánico.
hL
Pérdidas de energía del sistema por la fricción en las tuberías, o pérdidas menores por válvula y otros accesorios. p1
γ
+ z1 +
v12 p v2 + hA − hL = 2 + z2 + 2 2g γ 2g
γ = ρg v2 p1 v2 p + z1 + 1 + hA − hL = 2 + z2 + 2 ρg 2g ρg 2g P1 + z1gρ +
ρv12 2
+ hA gρ − hL gρ = P2 + z2 gρ +
ρv 22 2
La magnitud de las pérdidas de energía que produce la fricción del fluido, las válvulas y accesorios, es directamente proporcional a la carga de velocidad del fluido. v2 hL = K 2g
El término K es el coeficiente de resistencia.
36
MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Las pérdidas de energía vendrán determinadas por el tipo de flujo que tengamos. Ecuación de D’Arcy hL = f *
L v2 * D 2g
donde:
Símbolo hL L D v f NR
Magnitud Pérdida de energía debido a la fricción Longitud de la corriente del flujo Diámetro de la tubería Velocidad promedio del flujo Factor de fricción
Unidades (SI) m m m2 m/s
Número de Reynols
La ecuación de D’Arcy se utiliza para calcular la pérdida de energía debido a la fricción en secciones rectilíneas y largas de tubos redondos, tanto para flujo laminar como turbulento. La diferencia entre los dos flujos está en la evaluación del factor de fricción adimensional. Flujo laminar f =
64 NR
Flujo turbulento El número adimensional f para este tipo de caudal depende del número de Reynols y la rugosidad relativa de la tubería. La rugosidad relativa es la relación del diámetro de la tubería D a la rugosidad promedio de su pared ε. f =
0.25 1 5.74 + 0.9 log 3.7( D / ε ) N R
37
2
MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Figura 1.4. Diagrama de Moody 3
Figura 1.5. Explicación por partes del diagrama de Moody
3
Pao.R.H.F. Fluid Mechanics. Jonh Wiley e hijos. 1961
38
MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Las pérdidas de energía son proporcionales a la carga de velocidad del fluido, conforme pasa por un codo, expansión o contracción de la sección de flujo, o por una válvula. Por lo general, los valores experimentales de las pérdidas se reportan en términos de un coeficiente de resistencia K: Tipo de singularidad Codo Válvula giratoria Válvula giratoria lateral Estrechamiento Ensanchamiento
40 0,4
K 80 0,34
50 0,38
100 0,32
125 0,30
5 10 (1-(D1/D2) 2) 2 0,5(1-(D1/D2) 2) 2 Tabla 1.3. Coeficientes de resistencia
Siendo las pérdidas: hs = K *
v2 2g
El método que se emplea consiste en expresarlas en forma de longitud equivalente (Le), es decir, valorar cuántos metros de tubería recta del mismo diámetro producen una pérdida de carga continua que equivale a la pérdida que se produce en el punto singular. Por lo tanto, la longitud equivalente de una singularidad puede determinarse igualando las fórmulas para el cálculo de hs y hc: hS = K * hL = f *
v2 2g L v2 * D 2g
hS = h L → K *
v2 L v2 K ∗D = f* * → L = Le = 2g D 2g f
La pérdida de carga total en una tubería de longitud L con i singularidades de longitud equivalente Lei a cada una de ellas, será la que produce una tubería del mismo diámetro pero con una longitud total : LT = L +
∑ L ei
39
MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
1.7.2.4 Cálculo de la Densidad del Agua Para el cálculo del valor de la densidad de una muestra debidamente preparada de agua destilada y desionizada, se utiliza la ecuación de Wagenbreth y Blake a partir de los valores de la temperatura del agua en el momento del ensayo. Para el cálculo de la densidad a la temperatura del ensayo se usa dicha ecuación: 5
ρ w = ∑ cn t wn n =0
Siendo tw = temperatura en grados centígrados de acuerdo con la Escala Internacional de Temperatura (EIT-90) y los coeficientes: c0 = 9,998369564.102 kg/m3 c1 = 6,7998613.10-2 ºC-1.kg/m3 c2 = -9.1101468.10-3 ºC-2. kg/m3 c3 = 1,0058299.10-4 ºC-3.kg/m3 c4 = -1,1275659.10-6 ºC-4.kg/m3 c5 = 6,5985371.10-9 ºC-5.kg/m3 Siendo: ρw
densidad del agua
tw
temperatura en grados Celsius de acuerdo con IT-90
u(t)
incertidumbre asociada a la medida de temperatura
u(f)
incertidumbre relativa asociada ala fórmula
uc(ρw)
incertidumbre típica combinada de la densidad del agua
El resultado obtenido para el valor de la densidad del agua se expresará siempre e unidades del SI, es decir en kg/m3, aportando, así mismo el dato de la temperatura para la que se ha calculado este valor. 1.7.2.5 Cálculo de la Densidad del Aire Húmedo El presente cálculo se basa en la determinación de la densidad del aire y su incertidumbre partiendo de la ecuación recomendada por el Comité Internacional de Pesas y Medidas (CIPM) para la determinación de la densidad del aire húmedo de P. Giacomo (1981) Los valores aquí tratados son los adaptados a la nueva escala de temperatura IT-90 dados en el Repport de la 4ª sesión del Comité Consultivo para la masa del Comité Internacional de Pesas y Medidas (CIPM) en 1991.
40
MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Proceso de Cálculo ρa
Densidad del aire.
p
presión
Ma
Masa molar de aire seco
χv
Fracción molar de vapor de agua.
Mv
Masa molar de vapor de agua
T
Temperatura termodinámica ambiente expresada en Kelvin
R
Constante molar de los gases.
Z
Factor de comprensibilidad. ρa = p Ma [1- χv (1- Mv / Ma)]/Z R T
Esta ecuación contiene una serie de parámetros que son considerados constantes, R, Mv, Ma y otros, χv y Z, que serán determinados en cada momento como función de las condiciones ambientales experimentales. Constante molar de los gases R R es una constante universal. Su valor fue recalculado según la nueva escala de temperatura EIT (90) como R = 8,314510 J.K-1.mol-1 1.7.3
Cálculos de Incertidumbres
1.7.3.1 Introducción Para el cálculo de incertidumbres se han seguido las pautas recomendadas en la “Guía para expresión de la incertidumbre de medida” y documento CEA-ENAC-LC/02. El resultado de la calibración es el coeficiente de calibración a partir del caudal volumétrico patrón y del caudal medido por el caudalímetro a calibrar4. A partir de las expresiones, se distinguen por un lado las incertidumbres del sistema de calibración (patrones y medios auxiliares) y por otro las correspondientes al caudalímetro a calibrar durante la calibración que variarán según las características y comportamiento. Las del sistema de calibración, resolución deriva y repetibilidad del instrumento de medida del tiempo; las debidas a la determinación de la densidad del aire húmedo determinada a partir de medida de la presión, temperatura y humedad ambientales; las debidas a la determinación de la densidad del líquido del líquido de calibración determinada a partir de la temperatura del líquido de ensayo y las debidas a la densidad de las masas utilizadas en la calibración del instrumento de pesaje. Para el caudalímetro a calibrar tendremos la incertidumbre debida a su resolución, su repetibilidad, su estabilidad y las debidas a las magnitudes de influencia (temperatura).
4
Centro espanyol de metrologia. Procedimiento me-008 para la calibración de caudalímetros de líquidos mediante método gravimétrico. Minsterio de ciencia y tecnología. Edición 0.
41
MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
1.7.3.2 Incertidumbre del Sistema de Calibración (uqv) Para calcular la incertidumbre se aplica la ley de propagación de incertidumbre a la función qv = f(m, t, ρa, ρp, ρ) (uqv) = (cm)2(um) 2 + (ct) 2(ut) 2 + (cρa) 2(uρa) 2 + (cρp) 2(uρp) 2 + (cρ) 2(uρ) 2
Incertidumbre Típica Asociada al Instrumento de Pesaje (um) (um) 2 = (ucal) 2 + (ures) 2 + (urep) 2 + (uder) 2
donde: ucal ures urep uder
es la incertidumbre debida al certificado de calibración; es la incertidumbre debida a la resolución del instrumento; es la incertidumbre debida a la repetibilidad del instrumento; es la incertidumbre debida a la deriva del instrumento.
ucal y urep se obtienen a partir de los datos del certificado de calibración y su valor será
U/k. ures se obtiene dividiendo la resolución la resolución del instrumento por
12 .
uder se obtiene dividiendo la deriva máxima del instrumento en el periodo de calibración
por 3 . Esta deriva se puede obtener del histórico del instrumento, de datos del fabricante aportados en el manual del equipo, por informaciones de otros laboratorios análogos, etc… Incertidumbre Típica Asociada al Instrumento de Medida del Tiempo (ut) (ut) 2 = (ucal) 2 + (ures) 2 + (urep) 2 + (uder) 2
donde: ucal
es la incertidumbre debida al certificado de calibración;
ures
es la incertidumbre debida a la resolución del instrumento;
urep
es la incertidumbre debida a la repetibilidad del instrumento;
uder
es la incertidumbre debida a la deriva del instrumento.
ucal y urep se obtienen a partir de los datos del certificado de calibración y su valor será
U/k. ures se obtiene dividiendo la resolución la resolución del instrumento por
12 .
uder se obtiene dividiendo la deriva máxima del instrumento en el periodo de calibración
por 3 . Esta deriva se puede obtener del histórico del instrumento, de datos del fabricante aportados en el manual del equipo, por informaciones de otros laboratorios análogos, etc…
42
MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Incertidumbre Típica Asociada al Cálculo de la Densidad del Aire Húmedo (uρa) Es importante distinguir entre: •
Contribución de incertidumbre debida a los parámetros medidos.
Los parámetros medidos son: presión, temperatura ambiental y humedad relativa. Sus contribuciones en la ecuación de la incertidumbre de la densidad del aire son los tres primeros términos de la expresión siguiente: u( ρ a )
ρa
1 ∂ρ a = ρ a ∂T
2
2 1 ∂ρ a ut + ρ a ∂p
2
2 1 ∂ρ a u p + ρ a ∂h
2
2 u h + u 2formula
Analizando cada uno de estos miembros por separado mediante un procedimiento matemático de derivados parciales obtenemos los siguientes valores: 1 ∂ρ a = −4.103 (1 / K ) ρ a ∂T 1 ∂ρ a = 1.10 −5 (1 / Pa) ρ a ∂p 1 ∂ρ a = −9.10 −3 (1 / h) ρ a ∂h
Los valores u(T), u(p) y u(h) dependen de los instrumentos climáticos utilizados. •
Contribución de incertidumbre debida a la fórmula
Corresponde a la incertidumbre de la densidad del aire debida a la ecuación en sí misma, y depende de las incertidumbres de los valores que fueron considerados constantes R, Ma, Mv, y los valores tabulados Zo, fo, y psvo de z, f y psv. Como no se mide CO2 la incertidumbre relativa debida a la fórmula es 10,3 10-5
43
MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Incertidumbre Típica Asociada al Cálculo de la Densidad del Líquido de Calibración (uρ) De acuerdo con la ley de propagación de incertidumbres, la incertidumbre combinada de un resultado de medida se obtiene por combinación de las incertidumbres particulares de cada variable implicada. 2
∂ρ w u c (ρ w ) t ∂ ∗ u 2 (t ) + u 2 ( f ) = ρw ρw
siendo el significado de las expresiones: u(t)
incertidumbre asociada a la medida de temperatura con el termómetro, resultado de su calibración, para un factor de cobertura k=1.
u(f)
incertidumbre relativa asociada a la fórmula.
Incertidumbre relativa debida a la fórmula: u(f) = 5. 10-6 Se toma este valor asociado al conocimiento de la composición isotópica del agua. Siendo: δρw /δt
Temperatura (ºC)
(kg m-3 ºC-1)
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34
0,059 0,024 -0,008 -0,039 -0,068 -0,095 -0,121 -0,145 -0,168 -0,190 -0,212 -0,232 -0,252 -0,271 -0,289 -0,306 -0,323 -0,340
Tabla 1.4. Valor asociado a la composición isotópica del agua
44
MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Incertidumbre Típica Asociada a la Densidad de las Masas Utilizadas en la Calibración del Instrumento de Pesaje (uρp) Se obtiene del certificado de calibración U/k. Magnitud
Estimación
Xi
xi
m
m
Incertidumbre típica
Coeficiente sensibilidad
Contrib. a la incert. típica
u(xi) Ucert/k
ci
ui(y) cm Ucert/k
res/(2 3 ) Ucert/k
cm
cm res/(2 3 ) cm Ucert/k cm ct Ucert/k ct res/(2 3 ) ct ct cρa uρa cρp Ucert/k c ρ uρ
Ucert/k
t
t
res/(2 3 )
ct
ρa ρp ρ
ρa ρp ρ
uρa / ρa Ucert/k uρ / ρ
cρa cρp cρ
qv
u=
∑u
2 i
( y)
Tabla 1.5.Fórmulas utilizadas en el cálculo de la incertidumbre típica asociada al instrumento de pesaje
Los coeficientes de sensibilidad son: cm = qv /m ct =-( qv /t) cρa =-( qv (1/( ρp - ρa)) + (1/( ρ - ρa))) cρp = qv ((1/( ρp - ρa)) - (1/ ρp)) cρ =-(qv /( ρ - ρa))
Incertidumbre típica debida al caudalímetro a calibrar (uqmen) (uqmen) 2 = (ures) 2 + (urep) 2
donde: ures urep ures urep
es la incertidumbre debida a la resolución del instrumento; es la incertidumbre debida a la repetibilidad del instrumento; se obtiene dividiendo la resolución la resolución del instrumento por 12 . se obtiene dividiendo las desviación típica de las lecturas de caudal dadas por el caudalímetro a calibrar por n siendo n el número de iteraciones.
45
MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Incertidumbre Típica Debida al Cálculo del Coeficiente de Calibración (uαv) Para calcular la incertidumbre se aplica la ley de propagación de incertidumbre a la función αv = f(qv, qmen) (uαv) 2 = (cqv) 2 + (uqv) 2 + (cqmen) 2 + (uqmen) 2
Magnitud
Estimación
Xi
xi
qv qmen
qv qmen
αv
qv / qmen
Incertidumbre típica
Coeficiente sensibilidad
u(xi) uqv uqmen
1/ qmen - qv /( qmen) 2
ci
Contrib. a la incert. típica ui(y) (1/ qmen)( uqv) (-qv/(qmen)2)(uqmen) u (αv) =
2
∑ u i ( y)
Tabla 1.6.Cálculo de la incertidumbre típica debida al Cálculo del Coeficiente de Calibración
Incertidumbre expandida (U)
U=k.u
La incertidumbre de medida expandida se ha obtenido multiplicando la incertidumbre combinada por un factor de cobertura k=2, que corresponde a una probabilidad de cobertura aproximada del 95%. 1.7.3.3
Interpretación de los Resultados
Una vez se obtengan los datos de cada caudalímetro, se podrá realizar una representación gráfica en la cual el caudal mensurado figure en la abcisa y el coeficiente de calibración en ordenadas. Sobre los datos obtenidos se puede realizar un ajuste mediante recta de regresión o por mínimos cuadrados. 1.7.4
Selección del Autómata Programable
El SIMATIC S7-300 controlador universal está especialmente diseñado para soluciones de sistemas innovadores en la industria manufacturera, en particular la industria automotriz y de envases. Este controlador modular sirve como un sistema de automatización ideal universal para configuraciones centralizadas y descentralizadas. Tecnología de seguridad y control de movimiento puede ser integrado con la automatización estándar en este controlador universal5. Números de Entradas y Salidas Tipo Entrada digital Salida digital Entrada analógica Salida analógica
Nº Total 25 22 49 32
Tabla 1.7. Número total de entradas y salidas del PLC 5
HTTP:/www.siemens.es
46
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Tratamiento de Entradas y Salidas Analógicas Las entradas y salidas analógicas en el presente proyecto son las siguientes: •
1–5V
•
0 – 10 V
•
4 – 20 mA
Cada uno de los módulos tendrá la misma conexión, es decir, se conectara un mismo tipo de entrada o de salida. Al ser un proyecto de calibración se ha dado prioridad a la velocidad de transmisión, para obtener resultados más rápidos. También se ha tenido en cuenta que el error fuera el mínimo posible. La resolución máxima es de 15 bits •
La resolución es inferior, los dígitos insignificantes se rellenan con 0
•
La resolución depende del tipo de tarjeta analógica y de su parametrización
•
La misma tarjeta se puede parametrizar: o para intensidad o tensión. Unipolar o bipolar o el signo: “0” -->+, “1” --> o las direcciones utilizadas son: PIW 288 y PIW 290. PQW 304 y PQW 306 Valor analógico
Resolución Nº de bits
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Peso del bit
215 214 213 212 211 210 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20
Cod. 14 bits (+S)
0
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
0
Cod. 12 bits (+S)
0
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
0
0
0
Cad. 9 bits (+S)
0
X
X
X
X
X
X
X
X
X
0
0
0
0
0
0
Tabla 1.8. Representación digital
Para introducir y editar valores analógicos se utilizarán las funciones FC 105 "SCALE" (graduar valores) y FC 106 "UNSCALE" (degraduar valores) en STEP 7.
47
MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
1.7.5 1.7.5.1
Introducción al Step 7 Escritura del Programa
En los autómatas programables PLC, las tareas se formulan en programas de usuario. En ellos el usuario fija en una serie de instrucciones cómo el autómata debe mandar o regular una instalación. Para que el autómata pueda entender el programa, debe estar escrito siguiendo las reglas prefijadas y en un lenguaje determinado de programación. Para la programación de este proyecto se ha utilizado el STEP 7. 1.7.5.2
Lenguajes de Programación
Al generar un bloque o un archivo fuente hay que indicar en las propiedades del objeto con qué lenguaje de programación y con qué editor se desea crear el bloque o la fuente. Conforme a su elección, se arrancará el editor correspondiente al abrir el bloque o el archivo fuente. •
Lenguaje de programación KOP La representación del lenguaje de programación gráfico KOP (esquema de contactos) es similar a la de los esquemas de circuitos. Los elementos de un esquema de circuitos, tales como los contactos normalmente cerrados y normalmente abiertos, se agrupan en segmentos. Uno o varios segmentos constituyen el área de instrucciones de un bloque lógico.
•
Lenguaje de programación FUP El lenguaje de programación FUP (diagrama de funciones) utiliza los símbolos gráficos del álgebra booleana para representar la lógica. También es posible representar en conexión directa con los cuadros lógicos funciones complejas, como por ejemplo funciones matemáticas.
•
Lenguaje de programación AWL El lenguaje de programación AWL (lista de instrucciones) es un lenguaje textual orientado a la máquina. Las diversas instrucciones equivalen a los pasos de trabajo con los que la CPU ejecuta el programa. Las instrucciones pueden ser agrupadas en segmentos.
•
Lenguaje de programación S7-GRAPH El software opcional S7-GRAPH (Control secuencial) es un lenguaje gráfico de programación que permite programar controles secuenciales. Comprende la creación de una cadena de etapas, la definición de los contenidos de las mismas y las condiciones de transición. El contenido de las etapas se define con un lenguaje de programación especial (similar a AWL), en tanto que las condiciones de transición se introducen en una representación del esquema de contactos (parte del lenguaje de programación KOP).
S7-GRAPH permite representar también procesos complejos de forma muy clara, permitiendo así una programación y una búsqueda de errores efectivas.
48
MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
1.7.5.3 •
Estructura Del Programa Programación lineal Para procesar tareas simples de automatización, basta con programar las diferentes instrucciones en un módulo.
•
Programación estructurada Para mantener la claridad de los programas, una secuencia de instrucciones dispuesta linealmente se estructura en diferentes secciones, con entidad propia, que se programan en módulos de software. En este caso es posible utilizar también módulos de organización que permiten reaccionar puntualmente a interrupciones en la ejecución cíclica del programa.
Para resolver tareas complejas es más conveniente dividir el programa global en secciones (módulos) con entidad propia. Este procedimiento tiene las siguientes ventajas: •
Programación más simple y clara, incluso en programas de gran tamaño.
•
Posibilidad de estandarizar partes del programa.
•
Facilidad para efectuar modificaciones.
•
Prueba más simple del programa.
•
Utilización de subprogramas (Un módulo se llama desde diferentes puntos).
Figura 1.6. Tipos de programación
49
MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
1.7.5.4 •
Tipos de Bloques Bloque de organización Los bloques de organización (OBs) constituyen la interfaz entre el sistema operativo de la CPU y el programa de usuario. En los bloques de organización se determina el orden de procesamiento del programa de usuario. Posibilidades de interrupción: La ejecución cíclica del programa puede ser interrumpida por: o una alarma o una orden STOP (selector de modo de operación, comando de menú desde la PG, SFC 46 STP, SFB 20 STOP) o un corte de tensión de red (alimentación) o el fallo de un aparato o por un error del programa
•
Bloque de función Un bloque de función (FB) es un bloque lógico con datos estáticos. Un FB ofrece la posibilidad de transferir parámetros al programa de usuario. Por tanto, los bloques de función son apropiados para programar operaciones complejas que se repitan con frecuencia.
•
Bloque de función del sistema Un bloque de función de sistema (SFB) es un bloque de función integrado en el sistema operativo de la CPU que se puede llamar, dado el caso, desde el programa de usuario STEP 7.
•
Bloque de datos Los bloques de datos (DB) son áreas de datos del programa de usuario que contienen datos de usuario. Existen bloques de datos globales a los que se puede acceder desde todos los bloques lógicos y existen bloques de datos de instancia que están asignados a una determinada llamada de FB.
•
Bloque de datos de instancia Cada llamada de un bloque de función en el programa de usuario de STEP 7 tiene asignado a un bloque de datos que se genera automáticamente. El bloque de datos de instancia contiene los valores de los parámetros de entrada, salida y entrada/salida, así como los datos locales del bloque.
•
Bloque lógico Un bloque lógico es un bloque de SIMATIC S7 que contiene una parte del programa de usuario de STEP 7, (Al contrario que un bloque de datos, éste contiene solamente datos.)
50
MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
1.7.6 1.7.6.1
Introducción al GRAPHET ¿Qué Es el GRAPHET?
Gráfico Funcional de Control de Etapas y Transiciones •
Es un sistema gráfico de representación de control (secuencial) mediante la sucesión alternada de etapas y transiciones.
•
Es una variante del Diagrama de Transiciones de Estados.
•
Es una simplificación sistematizada de las Redes de Petri.
•
Está normalizado a nivel europeo CEI 848.
1.7.6.2
Programar S7-GRAPH
Con S7-GRAPH se puede programar las secuencias que se desee controlar con un sistema de automatización SIMATIC de forma clara y rápida. Para ello se debe dividir el proceso en distintas etapas con un volumen de funciones no demasiado extenso. Dicho proceso se representa gráficamente y puede documentarse tanto con figuras como con texto. En las etapas se determinan las acciones que se van a ejecutar. El paso de una etapa a otra se regula mediante condiciones de transición. Estas condiciones se definen con ayuda de los lenguajes de programación KOP (esquema de contactos) y FUP (diagrama de funciones) 1.7.6.3
Cadena Secuencial
Una cadena es el núcleo de un control secuencial. En ella se crea y procesa el programa que ejecutará el control secuencialmente. Las cadenas secuenciales se componen de una serie de etapas secuenciales que se activan en un orden determinado según las condiciones de transición programadas. Las cadenas secuenciales se componen de una serie de etapas, las cuales se activan siguiendo un orden determinado que depende de las condiciones de transición programadas. Estructuras de una Cadena Secuencial La estructura más sencilla de una cadena secuencial es una secuencia lineal de etapas y transiciones sin rama alguna. Las cadenas lineales empiezan con una etapa y terminan con una transición, la cual puede ir seguida de un salto a una etapa cualquiera o del fin de la cadena.
51
MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
La secuencia lineal puede ampliarse con: •
Ramas (rama alternativa, rama simultánea).
•
Saltos a una etapa cualquiera.
•
Otras cadenas secuenciales cuya ejecución dependerá de la primera cadena o que se ejecutarán de forma totalmente independiente.
•
Operaciones permanentes situadas antes o después de la cadena secuencial.
Reglas a Seguir para Estructurar una Cadena Secuencial La estructura de la cadena secuencial debe cumplir las siguientes reglas: •
Un FB S7-GRAPH puede contener hasta un total de 250 etapas y 250 transiciones. Las etapas y transiciones sólo se pueden insertar por parejas.
•
Al llamar al FB de S7-GRAPH arrancan cadenas secuenciales o con la primera etapa de la cadena secuencial correspondiente o o con la etapa inicial.
•
Las cadenas secuenciales pueden contener hasta 256 ramas con o 125 ramas alternativas como máximo y/o o 249 ramas simultáneas como máximo.
Para que el tiempo de ejecución no sea excesivo se recomienda no programar más de 20 a 40 ramas dependiendo de la CPU utilizada. •
Las ramas derivadas sólo se pueden cerrar conduciéndolas a otra rama que se encuentre a la izquierda de la que se desea cerrar.
•
Los saltos pueden insertarse detrás de una transición al final de una rama. Los saltos desembocan delante de una etapa de la misma o de otra cadena del FB actual.
•
Los fines de cadena se pueden añadir al final de una rama tras una transición; así desactivarán el procesamiento de la misma.
•
Las operaciones permanentes se pueden definir antes o después de la cadena secuencial en el campo previsto. Se llaman una vez en cada ciclo.
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MEMORIA Banco de calibración de caudalímetros líquidos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Elementos de una Cadena Secuencial La lista siguiente muestra los elementos que pueden contener una cadena secuencial y los botones de la barra de herramientas "Cadena" que sirven para crear dichos elementos: Etapa + transición Salto Abrir rama alternativa Cerrar rama alternativa Abrir rama simultánea Cerrar rama simultánea Fin de cadena Insertar cadena Tabla 1.9. Elementos de una cadena secuencial
La estructura de la cadena secuencial se puede programar en la vista "Cadena". 1.7.6.4 Elementos de un Graphet •
Etapa La tarea que se desea realizar con el control secuencial se divide en distintas etapas. En estas etapas se definen las acciones que ejecuta el control en un estado determinado (p. ej.: el forzado de las salidas o la activación y desactivación de las etapas).
•
Transición Una transición es aquella parte de la cadena secuencial que contiene las condiciones para avanzar de una etapa a la siguiente. Una transición válida es una transición cuyas anteriores etapas están activas. Una transición avanza a la siguiente etapa cuando es válida y se cumplen las condiciones de transición que contiene. Al avanzar se desactiva la etapa correspondiente y se activa la siguiente.
•
Acción Una acción es una instrucción que ejecuta una función cuando se activa una etapa.
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Acciones utilizadas en el programa: 1. Acciones estándar Acción Even to
Operación
Operando
Dirección
N
A, E, M, D
m.n
S
A, E, M, D
m.n
R
A, E, M, D
m.n
Constante de tiempo
D
A, E, M, D
m.n
T#
L
A, E, M, D
m.n
T#
CALL
FB, FC, SFB, SFC
Número del bloque
Observación Mientas la etapa esté activa, el operando tendrá la señal = 1. Mientras la etapa está activa, la señal del operando es 1 y permanece así. Mientras la etapa está activa, la señal del operando es 0 y permanece así. > n seg. después de la activación de la etapa la señal del operando pasa a 1 y permanece así durante el tiempo de activación de la etapa. Ello no ocurre si la etapa está activada durante menos de n seg. Si la etapa está activa, la señal del operando Mientras la etapa está activa, se llama al bloque indicado
Área direcc 0.0 a 65535.7 0.0 a 65535.7 0.0 a 65535.7 0.0 a 65535.7
0.0 a 65535.7
2. Acciones controladas por eventos Acción Even to
Operación
S1
N
A, E, M, D
m.n
S
A, E, M, D
m.n
R
A, E, M, D
m.n
CALL
FB, FC, SFB, SFC
Número del bloque
S1 S1 S1
Operando
Observación
Dirección
Al activarse la etapa (entrante), la señal del operando es 1. Al activarse la etapa (entrante), el operando se pone a 1 y permanece así.. Al activarse la etapa (entrante), el operando se pone a 0 y permanece así. Al activarse la etapa (entrante), se llama al bloque indicado.
Área direcc 0.0 a 65535.7 0.0 a 65535.7
3. Temporizadores en acciones Acción Even to S1
Operación
TL
Operando T
Observación
Área direcc
Al activarse la etapa (entrante), arranca el temporizador. Durante el tiempo indicado, el bit de tiempo (estado del temporizador) está a 1, y una vez transcurrido el tiempo se repone a 0.
x = Nº de temporiz ador
Dirección X
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4. Operaciones aritméticas en acciones Acción Even to
Operación
-
N
NC
Observación
Asignación A:=B A:=func(B) A:=BC A:=B A:=func(B) A:=BC
Mientras la etapa está activa, se ejecuta la operación aritmética. Mientras la etapa está activa y se cumple la condición (enclavamiento de la etapa), se ejecuta la operación aritmética.
5. Operaciones aritméticas en acciones combinadas con etapa entrante Acción Even to
Operación
S1
N
S1
NC
Observación
Asignación A:=B A:=func(B) A:=BC A:=B A:=func(B) A:=BC
Al activarse la etapa (entrante), se ejecuta la operación aritmética. Al activarse la etapa (entrante) y si se cumple la condición (enclavamiento de la etapa), se ejecuta la operación aritmética.
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1.8
Resultados Finales
1.8.1
Elementos a Instalar
Todos los instrumentos de medición han sido seleccionados de acuerdo con el documento OIML G10 “Verification equipment for national metrology services”. 1.8.1.1 Elementos de Circuito Tuberías Cloruro de polivinilo (PVC) no plastificado Ventajas: •
El tubo presenta una superficie interna lisa, por lo que no se tiene que considerar factor de corrosión al determinar las pérdidas de rozamiento.
•
A causa de (e) pueden admitirse, a veces, diámetros más pequeños.
•
Reducido mantenimiento
•
Precio
Valor rugosidad: 0,0015 – 0,0025 Tabla de diámetros Diámetro nominal Pulgadas In.
Milímetros mm.
3 ” 8
10
1 ” 2
15
3 ” 4
20
1”
25
1- 1 4 “
32
1- 1 2 “
40
2”
50
2. 1 2 “
65
3”
80
4”
100
Tabla 1.10. Relación entre diámetros de tuberías
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Tanques de pesada Para el presente proyecto se necesitarán 4 tanques. -
1 tanque de almacenamiento
-
3 tanques de pesada
A la hora de escoger los tanques de pesada se ha tenido en cuenta la cantidad de fluido que se necesita para el llenado de treinta segundos. Se han escogido tres medidas diferentes, para que a la hora de realizar el pesaje del fluido, la medida tomada tenga la mayor precisión posible. Los depósitos escogidos son de forma cilíndrica vertical, con el fondo superior en forma de casquete toro-esférico y el inferior plano. Su construcción se efectuará en su totalidad en estratificados de poliéster reforzado con fibra de vidrio, moldeándose por el sistema automatizado de enrollamiento continuo “Filament Winding” el cilindro y por contacto de los fondos. La calidad del fabricado será “AR” empleándose resinas del tipo ortoftálica en todo el estratificado y previsto para contener agua fría a 20º. Capacidad 6.000 lts. (39 m3) 3.500 lts. 1.000 lts. 100 lts.
Diámetro 3.048 mm. 1.600 mm. 1.112 mm. 530 mm.
Altura 1.790 mm. 1.889 mm. 1.400 mm. 610 mm.
Válvulas Actualmente en el mercado existen muchos tipos de válvulas: •
Válvula de retención
•
Válvula de bola
•
Válvula todo o nada
•
Válvula de mariposa
•
Válvula de seguridad
•
Válvula fondo tanque
•
Válvula de 3 vías
•
Etc…
Para este proyecto se han escogido 4 tipos de válvulas: •
Válvulas de bola
•
Válvulas de 3 vías
•
Válvulas todo-nada
•
Válvulas de fondo tanque
•
Válvulas de seguridad
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1.
Válvula de bola
La apertura y cierre se produce por el giro de una esfera que tiene un agujero transversal. Este tipo de válvulas no ofrecen una regulación tan precisa al ser de ¼ de vuelta. Su ventaja es que la bola perforada permite la circulación directa en la posición abierta y corta el paso cuando se gira la bola 90° y cierra el conducto. Las válvulas de bola manuales pueden ser cerradas rápidamente, lo que puede producir un golpe de ariete. Por ello y para evitar la acción humana pueden estar equipadas con un actuador ya sea neumático, hidráulico o motorizado. Se ha escogido precisamente este tipo de válvula para evitar el golpe de ariete. La apertura de realizará de forma progresiva para evitar a éste. El funcionamiento de la válvula de control SAMSON 3310 se basa en que el medio circula por la cara convexa de la bola, de forma que cuando la válvula cierra, el fluido ejerce presión en la cara convexa de la bola. El caudal de fluido depende del ángulo de apertura de la bola. Para reducir el desgaste del cuerpo en medios abrasivos se puede invertir el sentido de circulación. La válvula de sector de bola tiene dos posiciones de seguridad posibles con los accionamientos rotativos Tipo SRP y Tipo 3278, que son efectivas cuando se reduce la presión en el pistón o membrana o bien en caso de fallo de la energía auxiliar: DATOS TÉCNICOS Paso nominal Presión nominal Tipo de conexión Característica Ángulo máx. de apertura Relación de regulación Dimensiones Margen de temperatura
2.
1” a 10” Class 150/300 bridas según ANSI B 16.5 ⋅ ejecución DIN/ISO sobre demanda lineal o isoporcentual 90° - para circulación en sentido inverso hasta 70° ≥ 100 : 1 DIN EN 558-2 Serie 36 −29 a 220 °C (−20 a 430 °F)
Válvula de 3 vías
La válvula de control consta de una válvula de bola de acero inoxidable de tres vías equipadas con un actuador neumático rotativo, una de cambios manual o una palanca. Estos dispositivos están diseñados según el principio modular y se puede combinar con diversos accesorios. Versión · estándar Pfeiffer Tipo BR 26l/BR 26t válvula de bola para diámetros nominales DN 10 a 100. DATOS TÉCNICOS Tamaño nominal Conexión de los extremos Bola de sellado Sellado del eje Rango de temperatura
DN 10 a 100 Bridas acc. to DIN 2501 PN 16/40 TFM PTFE V- anillo –10 a 200 °C
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Tamaño nominal DN
Par permisible MDmax
40 100
250 500
Par de arranque necesario MDl 50 200
Figura 7. Esquema de flujo del tipo BR 26tde 3-vías. Válvula Bola con puerto horizontal “T”
3.
Válvula todo-nada
La válvula de accionamiento neumático SAMSON Tipo 3351 se compone de una válvula "todo - nada" y un accionamiento neumático. La válvula puede ir equipada opcionalmente con un fuelle o una pieza de aislamiento. Cuerpo de la válvula de •
fundición gris,
•
fundición esferoidal,
•
acero al carbono fundido o
•
acero inoxidable fundido
•
Obturador de la válvula simultáneamente con cierre metálico y junta blanda
•
Caudal de fuga clase VI según DIN EN 1349, que corresponde con la clase VI según ANSI B 16-104.
Se pueden acoplar electroválvulas y finales de carrera según (IEC) DIN EN 60 534-6 y recomendaciones NAMUR. Para más detalles consultar la hoja sinóptica T 8350. DATOS TÉCNICOS Ejecución Material del cuerpo Bridas Temperatura del fluido Caudal de fuga clase Materiales Cuerpo Asiento Obturador Junta del cuerpo Membrana del accionamiento
ANSI acero inoxidable fundido A 351 CF8M RF −10 ... 220 °C (14 ... 428 °F) Class VI (ANSI B 16-104) acero inoxidable fundido A 351 CF8M 316Ti 1.4571 - anillo de junta de PTFE reforzado metal-grafito NBR (caucho-nitrilo) con soporte de tejido materiales para temperatura ambiente elevada sobre demanda
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4.
Válvula de fondo tanque
Este tipo de válvula es de gran utilidad a la hora de vaciar los tanques de agua. El sistema de válvula de fondo de tanque de Burkert esta diseñado para el control de fluidos ultra puros, estériles, agresivos o abrasivos. Facilita extraordinariamente el llenado y vaciado de recipientes, con un menor volumen muerto. El cuerpo de la válvula esta formado por dos piezas: el cuerpo en sí y una brida, soldados entre sí. El actuador esta separado herméticamente de los fluidos críticos mediante membranas de alta calidad. El actuador neumático puede controlarse mediante válvulas neumáticas de pilotaje (válvulas de pilotaje individuales, islas de válvulas o cabezales de control). Función A; válvula normalmente cerrada mediante un retorno por muelle. DATOS TÉCNICOS DN orificio (membrana) Materiales Membrana Actuador Roscas válvulas pilotaje Actuador manual Bonete Conexiones terminales Extremo soldado
5.
15,0–100,0 Cuerpo de válvula • acero inoxidable 316 L •316 L/1.4435/BN2 Fe < 0,5%/C ≤ 0,03% EPDM, PTFE/EPDM PPS (PA a petición) Acero inoxidable 1.4305 PPS, acero inoxidable 1.4581 PS, acero inoxidable 1.4581 •EN ISO 1127/ISO 4200 •DIN 118P50 Series 0 a 3 •ASME BPE •SMS 3008
Válvula de seguridad
A modo de seguridad se han instalado dos válvulas de este tipo en cada una de las bombas. Una de ellas está situada antes de la bomba y la segunda después. De esta manera, se puede tratar la bomba hidráulica en caso de error o de avería. Posicionador con transmisor de posición analógico Debido al espacio necesario para el transmisor de posición no puede combinarse esta opción con contactos inductivos integrados o con una electroválvula. En el transmisor de posición se transforma la posición del obturador de la válvula, es decir carrera o ángulo de giro, en una señal de salida proporcional de 4 a 20 mA. Se señalizan tanto los valores límite "válvula abierta" o "válvula cerrada" como todas las posiciones intermedias.
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DATOS TÉCNICOS Margen de señal Presión de mando pst (salida) Característica Histéresis Sensibilidad de reacción Sentido de actuación Temper. ambiente admisible Entrada Señal nominal Transm. de posición salida analógico impedancia admis. energía auxiliar
4(0) ... 20 mA ó 1 ... 5 mA limitable entre 0 ... aprox. 2,5 y 0 ... 6 bar (0 ... aprox. 35 y 0 ... 90 psi) lineal, desviación de la curva con ajuste de punto de trabajo fijo: £ 1 % ≤ 0,3 % ≤ 0,1 % reversible –20 °C ... +80 °C (¼ 70 °C con posicionador) señal de tensión continua binaria 7,5 V c.c 12 V c.c 24 V c.c. 4 ... 20 mA RB =
U S − 12V 20mA
red de dos conductores 24 V margen de tensión El transmisor de 12 ... 45 V posición puede conectarse únicamente a un circuito de seguridad intrínseca homologado
Posicionador electroneumático para accionamientos rotativos Los posicionadores neumáticos y electroneumáticos tipo 3761 sirven para coordinar la posición de la válvula y la señal de mando. Comparan la señal de mando procedente de un dispositivo de regulación o de maniobra con el ángulo de giro de la válvula de control y envían como salida una presión de mando neumática. DATOS TÉCNICOS Ángulo de giro Magnitud de guía
máx. 90° 4 a 20 mA (corriente mín. 3,6 mA) tensión de carga 6 V (300 W con 20 mA) 0,2 a 1 bar (3 a 15 psi) con potenciómetro, mínimo 0 a 55°, máximo 0 a 90° desplazando el enganche del resorte tensor entre 5 distintas posiciones; mínimo 0 a 67°, máximo 0 a 90° aire de alimentación de 1,4 a 6 bar (20 a 90 psi) 0 a 6 bar (0 a 90 psi) forma básica lineal, desviación con ajuste de punto fijo 2% 90° lineal e isoporcentual 75° lineal e isoporcentual reversible de simple efecto o de doble efecto ≤1% ≤7% –20 a +70 °C IP 54 (IP 65 opción)
eléctrico neumático eléctrico
Ajuste del span neumático Energía auxiliar Presión de mando Característica discos de leva Sentido de actuación Sistema de actuación Histéresis Dependencia de posición Temperatura ambiente admisible Clase de protección
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Bombas A la hora de regular el caudal se ha escogido la utilización de bombas en vez de válvulas reguladoras de caudal, ya que de esta manera se puede controlar de manera más precisa el caudal deseado. Para la elección de las bombas se han tenido en cuenta todo el rango de caudal, determinado por el caudal máximo que permite un caudalímetro de diámetro mayor y el caudal mínimo que permite un caudalímetro de diámetro menor. Por lo tanto el rango que necesitamos es 0-339 m3. Se han elegido 3 bombas que cubren todo el rango del caudal. Bomba
Nombre
1 2 3
ENR 125-200 ENR 65-160 LPS40-25
Caudal mínimo (m3) 57 12 0
Caudal máximo (m3) 346 70 12
Tabla 1.11. Tipos de bombas hidráulicas
1.
ENR 125-200
Esta bomba se utilizará cuando el caudal que necesitemos este dentro del rango 60 – 346 m3. Los principales datos técnicos son: DATOS TÉCNICOS Temperatura máxima Máxima presión de trabajo Materiales Cuerpo de impulsión e impulsor Eje Camisa de eje Cierre mecánico Rodamientos Accionamiento Motor
2.
-20 ºC … +120 ºC 14 bar Fundición GC-25 Acero inoxidable AISI 420 Acero inoxidable AISI 420 Carburo de Silicio / Carbón EPSM (3) Rodamientos de bolas engrasados de por vida Eléctrico, explosión, turbina de vapor
ENR 65-160
Al igual que la bomba anterior esta es una bomba de bancada. Se utilizará cuando el caudal que necesitemos este dentro del rango 12 – 60 m3. DATOS TÉCNICOS Temperatura máxima Máxima presión de trabajo Materiales Cuerpo de impulsión e impulsor Eje Camisa de eje Cierre mecánico Rodamientos Accionamiento Motor
-20 ºC … +120 ºC 14 bar Fundición GC-25 Acero inoxidable AISI 420 Acero inoxidable AISI 420 Carburo de Silicio / Carbón EPSM (3) Rodamientos de bolas engrasados de por vida Eléctrico, explosión, turbina de vapor
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3.
LPS 40/25
Esta bomba es diferente a las otras dos, ya que el rango que utilizaremos es muchos más pequeño. De esta manera podremos ajustar el caudal de forma más precisa. DATOS TÉCNICOS Temperatura máxima Máxima presión de trabajo Materiales Cuerpo de impulsión Impulsor Eje Carcasa de motor Cierre mecánico Rodamientos Accionamiento Motor
-10 ºC … +100 ºC 2 bar Acero inoxidable AISI 304 Acero inoxidable AISI 304 Acero inoxidable AISI 303 Aluminio Carbón / Cerámica / NBR Rodamientos de bolas engrasados de por vida Asíncrono 2 polos, protección IP55
Sensores de nivel En el presente proyecto se instalarán dos sensores de nivel en cada uno de los tanques de agua. El primero señalizará el primer máximo y el segundo el mínimo. Se instalarán como medida de seguridad y a la vez para comprobar que el vaciado de los tanques de pesada, se haya realizado correctamente. El sensor que indica que el nivel del agua ha llegado al máximo se sitúa en el 80% de la capacidad del tanque. Y el mínimo al 4 %. SITRANS LVL100 es un sensor de nivel con un tenedor de ajuste para la detección de nivel. Está diseñado para uso industrial en todas las áreas de tecnología de proceso y puede ser usado en líquidos. La pinza vibratoria es accionada y vibra en su frecuencia de resonancia mecánica de aprox. 1200 Hz. Las piezas se fijan mecánicamente y por eso no están sujetas a limitaciones bruscas de temperatura. Los cambios de frecuencia cuando la pinza de ajuste está cubierta por el medio. Este cambio es detectado por el módulo de electrónica integrada y convertida en una instrucción. DATOS TÉCNICOS Carcasa Condiciones ambientales Temperatura ambiente Condiciones de proceso Presión en el proceso Temperatura en el proceso Operación Señal en la lámpara (LED) Verde Rojo Rojo (intermitente) Voltaje de alimentación Voltaje operacional Corriente Min. Max.
316L y plástico PEI -40 … +70 °C (-40 … +158 °F) -1 … 64 bar/-100 … 6400 kPa -40 … +100 °C (-40 … +212 °F)
Interruptor cerrado Interruptor abierto Error, Interruptor abierto 20 … 253 V AC, 50/60 Hz, 20 … 253 V DC 10 mA 250 mA
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1.8.1.2 Elementos de Medición Basculas Para el pesaje del fluido en los tanques se utilizarán celdas de carga. Las celdas se escogerán dependiendo del peso del fluido en cada uno de los diferentes tanques de pesada. El rango de celdas de carga PR6202 está especialmente diseñado para satisfacer las altas demandas de las industrias alimentarias, farmacéuticas y químicas. Estos productos están fabricados completamente de acero inoxidable y están especialmente diseñados para su uso con los recipientes de proceso. Todas las superficies horizontales inclinadas para el drenaje fácil, y lagunas y socava han evitado a propósito. Los materiales y la calidad de la superficie también fueron seleccionados para asegurar la célula de carga cumple con probada normas y especificaciones internacionales. El principio de la célula de carga de diseño único, junto con los kits de montaje especialmente adaptados para la aplicación, le permite contrarrestar los movimientos derivados de la contracción mecánica o térmica de la nave o su apoyo a la construcción - sin afectar a la alta precisión. Type PR6202/1t PR6202/2t PR6202/4t
Rated Capacity Emax 1t 2t 4t
Version C1/C1E C1/C3/C1E/C3E C1/C3/C4/C1E/C3E/C4E
DATOS TÉCNICOS C1/C3/C4 1,080 ± 10 Ω 1,010 ± 2 Ω > 5,000 x 106 Ω
Impedancia de entrada Impedancia de salida Impedancia de aislamiento Voltaje recomendado Salida voltaje
500 V 0…10 V
Termómetro El proceso se calibración establece que se necesita conocer la temperatura inicial del fluido y la temperatura final. Es por eso que se instalará un termómetro en cada uno de los tanques. El termómetro escogido es el SITRANS TF2 tiene una carcasa de acero inoxidable (Ø 80 mm) con vidrio de protección. El tubo de acero inoxidable de protección con tornillo Allen contiene el sensor de temperatura Pt100. Mediante el uso de acero inoxidable para el tubo de protección se muestra alta resistencia química, lo que significa que el sensor de temperatura está bien protegido contra los efectos externos El tubo protector se suministra de serie en longitudes de 170 mm o 260 mm. Con una versión específica del cliente también es posible.
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En la parte trasera de la vivienda está la conexión eléctrica para el suministro de tensión con un lazo de corriente de 4 a 20 mA. La conexión se realiza con los conectores de la norma EN 175301-803A. En la parte delantera de la vivienda está el display de 5 dígitos detrás de una cubierta de vidrio. Debajo de la pantalla son las 3 llaves para la parametrización del SITRANS TF2. Por encima de la pantalla hay un LED verde y uno rojo para indicar el estado de funcionamiento. DATOS TÉCNICOS Resistencia Max. rango de medida Min. temperatura Señal de salida Minima corriente límite Máxima corriente límite Max, Load Precisión de medida Resolución Voltaje Presión
Pt 100 clase B -50 ºC….+200 ºC 50 K (90 ºC) 4…20 mA, 2-cables Min. 3.6 mA Max. 23 mA (UH – 12 V) 0.023 A < 0.05 ºC 0.01 ºC 12…30 V Max. 40 bar
Higrómetro Al igual que sucede con la temperatura, en el proceso se necesita conocer la humedad inicial y final. Es por eso que también se instalará un higrómetro en cada uno de los tanques de agua. El higrómetro escogido es el HUMLOG10 series de datos de humedad / temperatura de los madereros permiten la exacta y el registro profesional de los valores de humedad y temperatura. Baja el consumo de energía y el tamaño de memoria de gran tamaño permiten que los datos a largo plazo de captura para una amplia gama de aplicaciones. El HUMLOG 10 se puede configurar muy fácilmente por medio del software incluido. Alarma umbrales de humedad y temperatura, así como la hora de inicio la grabación, se puede fijar libremente por el usuario. DATOS TÉCNICOS Tipo de sensor capacitivo Rango de medida Clase de precisión Resolución Voltaje
HC1000 capacitiva 0...100% RH ±2% RH 0.5% RH 3.6V batería de litio
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Barómetro Para conocer la presión barométrica necesaria en el proceso, se instalará, al igual que el termómetro y el higrómetro, un barómetro en cada uno de los tanques. El barómetro Climatronics (P / N 102347) de alta precisión está montado en una carcasa resistente a la intemperie. Éste presenta una fiabilidad a largo plazo y la estabilidad en entornos de aplicaciones exigentes se logra mediante la combinación del sensor capacitivo de cerámica y un circuito de propiedad personalizada IC analógico. La precisión estándar es de 0,05% con 0,01%, sin repetición y 0,1% / 100 ° F rendimiento térmico. DATOS TÉCNICOS Alimentación Circuito eléctrico Escala máxima de salida Escala mínima de salida Temperatura Precisión No linealidad Non-Repetibilidad Resolución:
24 VDC, 8mA 0-5 VDC output (4 terminales) 5.00 VDC, ajustable internamente, ajuste de fábrica ±5 mV 0 mV, ajustable internamente, ajuste de fábrica ±5 mV -18 °a 80°C