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¨ INSTRUMENTACION INDUSTRIAL¨

“ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO” “ISTRUMENTACION INDUSTRIAL” DIAGRAMA DE INSTRUMENTOS DE UNA PLANTA INDUSTRIAL DE ETANOL

PROFESOR: DR. MARCO HARO

INTEGRANTES:     

JENNY YEROVI JAIRO SANTOS MANUEL MENDEZ GEOVANY TIERRA BYRON OSORIO

RIOBAMBA – ECUADOR 2010


¨ INSTRUMENTACION INDUSTRIAL¨

TEMA: DIAGRAMA DE INSTRUMENTOS DE UNA PLANTA INDUSTRIAL DE ETANOL JUSTIFICACION:  El propósito de la elaboración del informe sobre diagramas de instrumentos de una planta industrial de etanol es ir puliendo y dominar los conocimientos antes ya adquiridos en la asignatura de Instrumentación Industrial, además irnos relacionando con los distintos procesos industriales en donde tendremos que desenvolvernos como profesionales 

Otro beneficio es que con la elaboración del trabajo iremos adquiriendo ciertas destrezas para tener una identificación rápida y precisa de los instrumentos que constituyen la Planta Industrial de Etanol investigada y también de cualquier otra industria.

OBJETIVOS: OBJETIVO GENERAL:  Reconocer e identificar todos y cada uno de los instrumentos que forman parte de los procesos en una planta industrial en nuestro caso para la elaboración del etanol. OBJETIVOS ESPECIFICOS:  Saber como van montados o ubicados los instrumentos de medida en el diagrama de Control de una Planta Industrial.  Conocer que tipo de instrumentos constituyen la planta y cual es su función en los procesos de la misma.  Aprender a estructurar un diagrama de procesos, tuberías e instrumentos de una planta completa o parte de la misma.


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MARCO TEORICO El metanol es el principal componente del destilado en seco de la madera. Es uno de los disolventes más universales y encuentra aplicación, tanto en el campo industrial como en diversos productos de uso doméstico. Dentro de los productos que lo pueden contener se encuentra el denominado “alcohol de quemar” constituido por alcoholes metílico y etílico, solvente en barnices, tintura de zapatos, limpiavidrios, líquido anticongelante, solvente para lacas etc. Además, los combustibles sólidos envasados también contienen metanol. La mayor parte de los métodos usados en la determinación de metanol se basan en su oxidación a formaldehído y la posterior determinación de éste último USOS: El Metanol, alcohol metílico, se puede utilizar como: -Anticongelante en el agua de radiadores para carro; ya que su punto de solidificación es de -97ºC. -Como combustible. -Reactivo químico en la elaboración de sales orgánicas -Como desnaturalizante del Etanol, y disolvente de otras sustancias como la tinta, tintes y aldehídos - Combustible de bombonas de camping-gas. - Resinas y adhesivos. - El metanol puede ser también añadido al etanol para hacer que éste no sea apto para el consumo (el metanol es altamente tóxico al consumo humano).


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DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS


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DIAGRAMA DE INSTRUMENTACION

212A

212A

212B

12B

212B

212A

12C


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DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE LA PLANTA:

La planta está orientada específicamente a la producción de Metanol. Todo el proceso consiste básicamente en la reformación del gas natural, seguida por la síntesis y purificación del Metanol. La materia prima, el gas natural, así como el agua filtrada y potable, y la electricidad y otras necesidades vapor y agua desmineralizada son producidas por la misma planta. El proceso de formación de Metanol (ver figura de diagrama de instrumentos) comprende principalmente las siguientes etapas: • Recepción y distribución del gas natural. • Hidrodesulfuracion. • Reformación. • Compresión • Síntesis del Metanol. • Destilación Recepción y distribución del gas natural Es suministrado, pasa a través del tambor separador de entrada de gas natural para eliminar el contenido de pesados. El contenido de este tambor se distribuye al área de servicios para alimentar las calderas auxiliares, los quemadores del reformador como gas natural combustible y al área de deshidrodesulfuracion para ser acondicionado como gas natural del proceso. Hidrodesulfuracion Esta etapa elimina los compuestos de azufre en la forma de sulfuro de hidrogeno, sulfuro carbonilo y mercaptanos antes de que entre al horno reformador para evitar el envenenamiento del catalizador de cobre de la etapa de síntesis. El máximo contenido de azufre a la entrada del catalizador debe ser de 0,1 ppm. La sección de hidrodesulfuracion consta del hidrogenador y los absorbedores de azufre. Reformación El gas desulfurado pasa al saturador de gas natural donde entra en contacto con el condensado de agua del proceso proveniente de la zona de recuperación de calor. En este equipo se evapora el condensado empleando el calor utilizado por el gas reformado. La mezcla gas vapor sale del saturador con 20% del vapor requerido en la reformación, el 80% restante es suministrado desde el cabezal de vapor de media presión. La mezcla del gas natural-vapor es calentado en el precalentador de vapor de gas natural ubicado en la zona de convección. En estas condiciones entra al reformador. El reformador es un horno aislado térmicamente con 195 quemadores distribuidos en el techo para el suministro de calor. El combustible para los quemadores es gas natural y aire en exceso para lograr combustión completa. Dentro del reformador hay 700 tubos llenos de catalizador en base a oxido de níquel. La reacción global es endotérmica.


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Las condiciones de equilibrio dependen de las condiciones del proceso, tales como: temperatura de reacción, presión y relación vapor/carbono. Las condiciones que favorecen el proceso son: Alta temperatura, baja presión, alta reacción vapor/carbono y alta actividad del catalizador. El gas de salida se denomina gas reformado, por lo que se conoce a esta etapa como la sección de alta temperatura del proceso. Seguidamente al gas se le aplican cambios de temperatura antes de entrar a la sección de compresión. Compresión En esta sección el gas donde entra el gas se eleva la presión a través de un compresor centrífugo. La temperatura del gas de salida es de 96 grado centígrados. Síntesis del Metanol La salida de la sección de compresión pasa a través del precalentador nº 1 el cual tiene dos salida: Una se usa como gas de enfriamiento rápido para controlar la temperatura de los lechos catalíticos y otra como la alimentación del gas fresco al convertidor de Metanol. El gas sufre cambios de temperatura y presión y pasa al separador de Metanol y su salida se conoce como Metanol crudo, la que pasa a otro separador para eliminar los gases disueltos en el y luego enviarlo a los tanque de almacenamiento. Destilación El Metanol crudo contiene aproximadamente 80% de Metanol, 18% de agua e impurezas tales como alcohol pesado, parafina, dimetil éter, cetonas, formiato de metilo, acido ascético que son producidos simultáneamente con el Metanol. Es por ello que se requiere la purificación del producto por destilación


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DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO: El proyecto se enmarca dentro del proceso de la succión del aire del medio ambiente el cual es llevado a un reformador, en el que una serie de instrumentos de controles monitorizan una serie de variables, entre ellas el caudal (siendo este el elemento en estudio para el presente proyecto) controle las revoluciones de la turbina que inyecta el caudal de aire al reformador. Este proceso requiere de una medición constante de caudal de aire, por lo tanto, la técnica de medición es un proceso importante ya que los valores tomados se procesaran para el control de la turbina, en este sentido el sensor de caudal debe tener el mejor ambiente posible para una correcta medición. Lo más importante para la medición es que, además de tener un sensor confiable es que el flujo sea lo más laminar posible evitando oscilaciones (en lo posible) dentro del tubo de Venturi, que es donde la medición es tomado.

DESCRIPCIÓN DEL DIAGRAMA DE INSTRUMENTOS En el caso especifico del sistema de succión de aire el lazo de control esta ligado la medición que realizan los instrumentos con sus respectivas numeraciones PT(transmisor de presión), FT(Transmisor de flujo) y TE(Sensor de temperatura-Termocupla) de la cual la principal medida es el flujo mientras que las otras dos es para compensación. Esas tres señales entran al DCS (sistema de control distribuido) donde son procesadas e incorporadas a cálculos para controlar la velocidad de la turbina(en rpm) por lo que el control se realiza a nivel de software empleando elementos como actuadores, esto es, el PI, TI, TICA, FDS que forman parte del diagrama de instrumentos La señal del PT (presión), FT (flujo), TE (temperatura) es ingresado al (DCS) para procesa las variables donde el FC212 tiene como entrada una señal rampa condiciona da por los valores de FRA212 y FCL 212-2 donde estas determinan la cantidad de aire al reformador. El FSH selecciona el FCl con valor más alto para compararlo con la rampa y establece un setpoint (SV). El FC212 compara la salida de FLG212 con el setpoint y salida va al lazo de re alimentación para controlar el flujo de aire de combustión al F201, manipulando las rpm de la tur bina (K-202T). Código, Estándares y normas utilizados: • Normas ISA. • Normas ASME


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• Normas ISO 9000 CONCEPTOS DE INSTRUMENTOS Y ACCESORIOS:

Interruptores de flujo El flujo de líquidos en tuberías desempeña un papel importante en la industria y el comercio. En la mayoría de los casos es esencial saber si hay o no flujo en una tubería, y actuar en consecuencia. Se ha desarrollado una línea completa de interruptores para flujo líquido en una amplia variedad de usos y literalmente centenares de aplicaciones, que comprenden: • Aire acondicionado • Sistemas de suministro de agua caliente • Sistemas de bombeo • Equipos de enfriamiento de agua • Servicio para rociadores contra incendio • Sistemas de tratamiento de agua Alarma de flujo para el sistema La Alarma de Flujo está diseñada para detectar la falta de flujo de la bomba al túnel, y activar un mecanismo de alerta instalado por el cliente. La Alarma de Flujo consta de: a. Sensor / indicador de flujo que está instalado sobre el panel de la bomba El sensor / indicador de flujo incluye: 1. Puertos de entrada y salida 2. Un soporte de montaje 3. Tubo de flujo b. Caja de control montada cerca del panel de la bomba. Instrumento calibrador de una variable Instrumento neumático de una variable, sin contacto, que utiliza aire presurizado para inspeccionar el diámetro interior de agujeros. Instrumento Transmisor de flujo El transmisor da una señal proporcional al flujo que está midiendo y de acuerdo a las especificaciones técnicas indicara en el display ese flujo. Los rangos de ajuste de alarmas alta o baja se ajustan a gusto de acuerdo al control o alarma que se deba implementar. Válvula de tres vías Esta es la primera de las válvulas que cambia la orientación de la corriente del fluido. En esta válvula como su nombre; lo indica, hay tres bocas de conexión o "puertas", la primera por donde entra la presión desde la bomba, la segunda que se comunica con el cilindro hidráulico y la tercera que es la conexión hacia el tanque o retorno Interruptor diferencial de caudal Un interruptor diferencial de caudal es un dispositivo electromecánico que se coloca en las instalaciones eléctricas con el fin de proteger a las personas de las derivaciones causadas por faltas de manejo en los aparatos.


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Controlador de caudal Control neumático de caudal usando controles neumáticos, accesorios para el acondicionamiento del vapor y equipos de drenaje de condensado. Trasmisores de presión Consiste en una cámara llena de un fluido de transferencia cerrada en uno de sus extremos por un sensor de presión y separada del proceso en su otro extremo por medio de una membrana (de plástico o acero inoxidable). La presión deforma la membrana y se transfiere del fluido al sensor de presión. Válvulas de caudal Estas válvulas influyen sobre la cantidad de circulación de aire comprimido; el caudal se regula en ambos sentidos de flujo. Válvulas de globo Una válvula de globo es de vueltas múltiples, en la cual el cierre se logra por medio de un disco o tapón que sierra o corta el paso del fluido en un asiento que suele estar paralelo con la circulación en la tubería.

Medidores de flujo Tiene como objetivo principal estudiar el efecto, funcionamiento y las aplicaciones tecnológicas de algunos aparatos medidores de flujo el misma para medir el gasto de un fluido, es decir la cantidad de flujo por unidad de tiempo. Venturi Un tubo de Venturi es un dispositivo inicialmente diseñado para medir la velocidad de un fluido aprovechando el efecto Venturi. Sin embargo, algunos se utilizan para acelerar la velocidad de un fluido obligándole a atravesar un tubo estrecho en forma de cono. Turbina Éstas son máquinas de fluido, a través de las cuales pasa un fluido en forma continua y este le entrega su energía a través de un rodete con paletas o álabes. Compensador de caudal Influye para que el control de flujo no se realice con la precisión deseada es el aumento de temperatura en el aceite hidráulico, ya que como sabemos, esto afecta directamente en su viscosidad. Elemento Primario de Temperatura Estos están en contacto con la variable y utilizan o absorben energía del medio controlado para dar al sistema de medición una ubicación en respuesta a la variación de la variable controlada.


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Producción del metanol


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INDICE DE INSTRUMENTOS INSTRUMENTO

DESCRIPCION Salida del plano

INSTRUMENTO

DESCRIPCION Instrumento calibrador de una variable, simple directo montado en campo.

Entrada del plano

Transmisor de flujo Instrumento de una sola variable accesible al operador montado en campo y se encuentra en el bucle 212 y es el segundo de su tipo.

Instrumento sin clasificación, con Control lógico

Válvula de tres vías

programable Interruptor diferencial de caudal, compartido con más de una variable, localizado en un lugar accesible al operador, Montado en tablero y se encuentra en el bucle 212.

Válvula Check


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Alarma Indicadora para

Alimentación de Gas

Control de Caudal

de una sola variable

compartido con más de

montado en campo

una variable, localizado en un lugar accesible al operador, Montado en tablero y se encuentra en el bucle 212.

Indicador de densidad

Control de viscosidad

montado en campo con

Montado en campo con

control lógico

control lógico

programable.

programable.

Transmisor de Presión,

Alimentación de Gas

Control compartido con

Control compartido con

más de una variable,

más de una variable,

localizado en un lugar

localizado en un lugar

accesible al operador,

accesible al operador,

Montado en tablero y se

Montado en tablero y

encuentra en el bucle

se encuentra en el

numero 227.

bucle 212 y es el primero de su clase.

Transmisor de Presión,

Relé de caudal Control

Control compartido con

compartido Montado en

más de una variable,

tablero, y se encuentra

localizado en un lugar

en el bucle 212.

accesible al operador,

Montado en tablero y se encuentra en el tablero 243.


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INDUSTRIAL¨

Transmisor de Presión,

Alimentación de Gas

de una sola variable

de una sola variable

montada en campo en

montado en campo en

el bucle 227.

el bucle 202.

Transmisor de flujo, de

Alimentación de Gas

una sola variable,

Control compartido con

Instrumento directo

más de una variable,

montado en campo y se

localizado en un lugar

encuentra en el bucle

accesible al operador,

212 y además es el primero de su tipo.

Montado en tablero, y se encuentra en el bucle 212 y es el segundo de su tipo.

Elemento Primario de Temperatura, de una sola variable, montado en campo en el bucle

Clutch . trasmisor

243.

Válvula de Caudal,

Alarma de alta

de una sola variable,

temperatura.

montado en campo.

Instrumento compartido con más de una variable accesible al operador y se encuentra en el bucle 212 siendo el primero de su tipo.


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Bomba. Válvula de globo

Medidor de Flujo, de una

sola

variable,

Venturi

montado en campo Alarma

de

alta

Alarma de alta

temperatura.

temperatura.

Instrumento compartido

Instrumento compartido

con más de una variable

con más de una

accesible al operador y

variable accesible al

se encuentra en el bucle

operador y se

212 y es el segundo de

encuentra en el bucle

su tipo.

212 y es el tercero de su tipo.

Controlador de Alto Caudal Control compartido con más de una variable, localizado en un lugar accesible al operador, y se encuentra en el bucle 212 siendo primero de su tipo. Controlador de Alto Caudal Control compartido con más de una variable, localizado en un lugar accesible al operador, y se encuentra en el bucle 212 siendo el segundo de su tipo.

Turbina


INDUSTRIAL¨

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CONCLUSIONES:

 Al culminar el trabajo obtuvimos conocimiento de la ubicación de los instrumentos de medida en el diagrama de Control de una Planta Industrial.  Conocimos también los tipos de instrumentos y la función de los mismos dentro de la instalación de la Planta.  Aprendimos como estructurar un diagrama de procesos, tuberías e instrumentos correspondientes a Industrias.

RECOMENDACIONES:  Tener un conocimiento suficiente previo acerca de la instrumentación industrial, para poder manejar la gama de instrumentos existentes y realizar su identificación en diagramas de instrumentos.  Tener en cuenta en los bucles y tableros de control la identificación de los instrumentos que son del mismo tipo ya que al ser idénticos se podría realizar alguna mala maniobra o interpretación.  Tener muy en cuenta los accesorios de seguridad ya que no se los puede omitir en estos diagramas porque son de vital importancia.


DIAGRAMA DE INSTRUMENTOS DE UNA PLANTA INDUSTRIAL DE ETANOL