Flujo de información

El flux d’informació: Un grup de fins a 10 senyals s’ajunten en les junction boxes, on cada grup de senyals s’agrupa en un sol cable de múltiples conductors (els quals es troben a camp). D’aquestes junction boxes surt un cable fins a la caseta de remots, on cadascun dels cables de múltiples conductors s’uneix a un bloc Weidmüller. En aquest punt la senyal es duplica (és a dir, hi ha un sistema redundant). Aquestes senyals redundants són enviades a una targeta diferent (cada targeta s’especialitza en un tipus de senyal). Les targetes envien la informació als ordinadors del quadre de control i, com la senyal és redundant, cadascuna de les targetes envia aquesta informació a l’ordinador corresponent (Fox i Dog). De tal manera que totes les senyals que han entrat a la caseta de remots tenen una senyal redundant i han anat a un ordinador diferent. Llavors, en el quadre de control, els dos ordinadors processen la mateixa informació i, si es dona el cas que hi hagi discrepàncies entre la mateixa senyal d’entrada o sobre com processar-la, sempre manarà Fox. La senyal de sortida del quadre de control fa el mateix recorregut fins a l’actuador corresponent, realitzant el camí invers.

Tipus de variables

Segons entrada i sortida:

• Input: mesura que entra al sistema de control.
• Output: ordres que accionen les vàlvules o actuadors.

Segons el rang de valors que processen:

• Digital: prenen valor 0 o 1.
• Analògic: rangs de valors, per exemple 4 mA a 20 mA.

Exemples:

• Digital Input: sensor de nivell per ultrasons.
• Digital Output: vàlvula automàtica.
• Analògic Input: transmissor de temperatura.
• Analògic Output: vàlvula controladora.

Dobles cierres mecánicos

Los dobles cierres mecánicos son un dispositivo de sellado que evita que se produzcan fugas del líquido bombeado hacia el exterior; son esenciales siempre que se trabaje con fluidos tóxicos, corrosivos y/o inflamables. Consisten en dos sellos formados, cada uno, por dos juntas:

• Junta estacionaria: fija a la carcasa de la bomba.
• Junta rotatoria: junta que rota solidaria con el eje de rotación.

Las fugas están contenidas por un líquido barrera conectado a un botellón presurizado con nitrógeno en el plan 53 y despresurizado en el plan 52. El botellón está refrigerado con un pequeño serpentín por el que circula agua de refrigeración que enfría el líquido barrera en constante circulación entre el sello y el botellón. Esto permite disipar el calor generado por el rozamiento en los sellos y disminuir el desgaste en el eje. Además, se cuenta con un indicador de nivel para conocer, en todo momento, el nivel del botellón.

Es importante que las conexiones realizadas eviten cambios bruscos de dirección con codos, ya que, al ser tubos tan pequeños, la pérdida de presión es elevada; por ello las conexiones han de realizarse con tubos que tengan curvas poco pronunciadas. Por lo tanto, las juntas separarán el lado proceso del líquido barrera y, en caso de producirse una fuga, ésta será contenida por el líquido barrera.

Aunque se debe sellar perfectamente las partes estacionaria y rotatoria de la bomba, estas juntas han de mantener una separación mínima que permita la inyección de unas gotas de lubricante para evitar que el rozamiento generado suelde la junta y pueda provocar sobrecalentamiento en la carcasa de la bomba. Cada par de juntas forma un sello, teniendo un sello primario y un secundario. La fuga que se produzca según la rotura de cada sello es diferente en función de las presiones del botellón.

Escenarios de rotura

a) Rotura del sello primario y no del secundario: si el sello primario rompe existirá un escenario de fuga que dependerá de la diferencia de presión entre la carcasa de la bomba y el botellón del líquido barrera. Como las fugas se producen de mayor a menor presión:

• Si el líquido de la carcasa está a mayor presión que el botellón, la fuga se producirá del líquido de proceso al líquido barrera, pudiéndose observar debido a una subida del nivel o de la presión en el botellón hasta la presión de la carcasa.
• Si, por el contrario, el líquido barrera está a mayor presión que la carcasa, la fuga se produciría del botellón hacia el proceso, notándose en una disminución del nivel del botellón.

b) Rotura del sello secundario y no del primario: si el sello secundario rompe existirá, también, un escenario de fuga. En este caso la fuga no se producirá en el líquido de proceso, sino del líquido barrera hacia la atmósfera debido a que la presión del líquido barrera es mayor que la atmosférica. En este caso se indicaría mediante una disminución del nivel de líquido en el botellón.

c) Rotura del sello primario y secundario: si existiese un escenario en el que los dos sellos rompiesen simultáneamente, independientemente de cuál sea la presión del botellón (si mayor o menor que la de la carcasa), se produciría una fuga por parte del líquido barrera hacia la atmósfera, disminuyendo la presión y permitiendo que el líquido de la carcasa fugue hacia el líquido barrera y, finalmente, que ambos fuguen simultáneamente hacia el exterior.

Equipos y componentes (descripciones)

Bomba jockey: son bombas centrífugas de bajos caudales diseñadas para mantener la presión en la red contra incendios y evitar la puesta en marcha de las bombas principales en caso de pequeñas demandas en la red. La puesta en marcha es automática y es capaz de parar de forma automática una vez se llega a la presión de tarado de los presostatos de arranque/parada.

Bomba Sundyne: bomba centrífuga (la marca Sundyne también fabrica bombas de alta presión) de altas presiones y altos caudales. Alimentan calderas; son muy caras y pueden presentar problemas de arranque al pasar de estar paradas a altas revoluciones por minuto.

Bloque Weidmüller: bloque de bornas/terminales pesadas que tiene la función de conectar conductores múltiples; se utiliza para distribuir señales y alimentación eléctrica de forma ordenada y fiable.

Soplantes de émbolos rotativos: equipo que permite el desplazamiento de fluidos gaseosos como el aire y es capaz de transferir presiones moderadas a caudales elevados. Suelen situarse antes de las unidades de vacío para abaratar costes. Pueden dar de 2 a 3 bar.

Válvula rotatoria: consiste en un rotor con cavidades que gira dentro de una carcasa cilíndrica y permite el flujo de producto a través de ella. Usualmente se utilizan para dosificar o descargar, con un caudal constante, materiales en polvo o gránulos desde un sistema de aspiración o transporte mecánico, bloqueando trasferencias o pérdidas diferenciales de presión.

Demister: dispositivo utilizado para la separación eficiente de gotas pulverizadas arrastradas por un gas o vapor, ya sea en fase de ebullición, evaporación al vacío o burbujeo del líquido. La pérdida de carga es prácticamente nula y puede conseguirse una eficiencia del 99%.

Flame arrester: es un equipo para detener la propagación de llama que funciona absorbiendo el calor de una fuente de llama que se desplaza a velocidades subsónicas, reduciendo la mezcla gas/aire en combustión por debajo de su temperatura de autoignición. El calor se absorbe a través de canales. Se usa para evitar la propagación de fuego abierto.

Elutriador: ¿Qué es / para qué se usa?: equipo de separación sólido-sólido por tamaño o densidad. Cómo funciona: una corriente ascendente de fluido arrastra las partículas más finas, dejando caer las más gruesas. Condiciones de trabajo: bajas velocidades controladas, partículas secas. Peculiaridades: separación suave sin partes móviles. Alternativas: ciclones, cribas, clasificadores neumáticos.

Separador de gotas: ¿Qué es / para qué se usa?: dispositivo para eliminar gotas líquidas arrastradas en una corriente gaseosa. Cómo funciona: cambio de dirección, impacto o mallas que favorecen la separación por inercia. Condiciones de trabajo: flujos gas-líquido, bajas a medias velocidades. Peculiaridades: reduce arrastres y protege equipos aguas abajo. Alternativas: ciclones, coalescers, demisters.

Doble cierre mecánico: ¿Qué es / para qué se usa?: sistema de sellado para ejes rotativos que evita fugas de fluidos peligrosos. Cómo funciona: dos cierres en serie con un fluido barrera entre ellos. Condiciones de trabajo: altas presiones, fluidos tóxicos, inflamables o abrasivos. Peculiaridades: alta seguridad y fiabilidad. Alternativas: cierre simple, sellos magnéticos.

Scrubber y elementos de separación

Scrubber: ¿Qué es / para qué se usa?: equipo de lavado de gases para eliminar contaminantes (partículas o gases solubles). Cómo funciona: contacto gas-líquido mediante pulverización, relleno o platos. Condiciones de trabajo: altos caudales de gas, reacciones físicas o químicas. Peculiaridades: alta eficiencia de eliminación. Alternativas: filtros de mangas, adsorbedores, ciclones.

Anillo Raschig: ¿Qué es / para qué se usa?: elemento de relleno para columnas de absorción o destilación. Cómo funciona: aumenta la superficie de contacto gas-líquido. Condiciones de trabajo: operación continua, flujo contracorriente. Peculiaridades: simple y barato, pero menor eficiencia que rellenos modernos. Alternativas: rellenos Pall, Berl y rellenos estructurados.

Coalescer: ¿Qué es / para qué se usa?: equipo para separar líquidos dispersos en gases o en otros líquidos. Cómo funciona: fibras o medios porosos hacen que las microgotas se unan y decanten. Condiciones de trabajo: bajas concentraciones de fase dispersa. Peculiaridades: alta eficiencia para gotas finas. Alternativas: separadores de gravedad, centrifugadoras.

Junta dieléctrica: ¿Qué es / para qué se usa?: elemento aislante que evita el paso de corriente eléctrica entre dos partes metálicas. Cómo funciona: material no conductor interpuesto en bridas o conexiones. Condiciones de trabajo: instalaciones con riesgo de corrosión galvánica o corrientes parásitas. Peculiaridades: protege contra corrosión y descargas eléctricas. Alternativas: revestimientos aislantes, manguitos dieléctricos.

Knock-out pot: ¿Qué es / para qué se usa?: separador de líquidos arrastrados en corrientes de gas. Cómo funciona: expansión del gas → caída de velocidad → decantación del líquido. Condiciones de trabajo: antes de compresores o bombas de vacío. Peculiaridades: diseño simple y muy robusto. Alternativas: separadores ciclónicos, separadores de gotas.

Bomba de anillo líquido: ¿Qué es / para qué se usa?: bomba de vacío (o compresor) para aspirar gases, incluso húmedos o con condensables. Cómo funciona: un rotor excéntrico gira dentro de una carcasa parcialmente llena de líquido (normalmente agua), formando un anillo que crea cavidades de succión y descarga. Condiciones de trabajo: vacíos moderados; tolera vapor, gases sucios y pequeñas cantidades de líquido. Peculiaridades: robusta, poco sensible a arrastres líquidos, pero de baja eficiencia energética. Alternativas: bombas de paletas, bombas secas, eyectores de vapor.

Extrusor devolatilizador: ¿Qué es / para qué se usa?: equipo para eliminar volátiles (disolventes, monómeros, agua) de polímeros fundidos. Cómo funciona: el polímero se funde y avanza por un tornillo; en zonas de vacío se liberan los volátiles. Condiciones de trabajo: alta temperatura, alta viscosidad, vacío parcial. Peculiaridades: permite desvolatilizar sin degradar el polímero. Alternativas: desvolatilizadores de película fina, stripping con vapor.

Filtros, PLC, DCS y antorchas

Filtro Fundabac: sirven para eliminar partículas sólidas de corrientes acuosas. El líquido se pulveriza a través de la boquilla nebulizadora hacia los tubos del filtro. Estos tubos tienen microperforaciones por donde se filtran los sólidos. El líquido pasa entre los tubos, que retienen los sólidos en suspensión formando una pasta. El líquido residual se deposita en el fondo del filtro y se recircula para aumentar la eficiencia del filtrado. Una vez acaba el filtrado, los sólidos se secan mediante una corriente de gas. Son autolimpiables y se han de limpiar tras varios ciclos de filtración para aumentar la durabilidad.

Filtros Niágara: depósito cilíndrico con hojas filtrantes transversales de diferente tamaño. El líquido entra por la parte superior del filtro y va reteniendo las partículas en suspensión de mayor a menor tamaño.

PLC: arquitectura simple y fácil de implementar y mantener. Coste reducido. Para sistemas muy grandes el poder de procesamiento puede ser insuficiente. Un fallo en el controlador puede apagar por completo el sistema y provocar una parada general. El coste de cableado para inputs y outputs del PLC puede ser elevado. Ejecuta su lógica en ciclos variables; el código se ejecuta de forma distribuida en dos pasos.

DCS: el control de la planta se divide en subgrupos. Coste elevado. Al estar distribuido, puede trabajar a bajas cargas y altas velocidades. Un fallo en una controladora no apaga por completo el sistema debido a la distribución en subgrupos. Las variables críticas a controlar pueden situarse en un grupo diferente. El coste en cableado es menor. Ejecuta su lógica de forma periódica; el código se ejecuta de forma distribuida en un solo paso.

Antorcha: son el último elemento de seguridad de una planta. Queman de manera controlada gases inflamables enviados por las válvulas de seguridad en caso de una emergencia en la planta, por ejemplo, un fallo eléctrico. La oxidación se lleva a cabo mediante la acción de una llama que debe tener siempre un piloto de encendido. Es necesario tener un knockout drum antes de la antorcha para retirar cualquier resto de líquido que pueda contener la corriente gaseosa. La inyección de líquido a la antorcha provocaría una vaporización repentina con consecuencias catastróficas. Se debe disponer de un recipiente con agua que sirva de sello y así evitar flujo inverso. Las antorchas suelen ser de gran altura debido a la radiación que provoca la llama y se debe delimitar un perímetro de seguridad amplio. Están mal vistas socialmente; si se quiere reducir su tamaño y colocarlas a ras de suelo, es necesario un perímetro de seguridad muy elevado. Se añade vapor de agua a los humos de salida para precipitar los carbonos y evitar que el humo sea negro.

Oxidador térmico catalítico (THROX): se utiliza para quemar VOCs y contaminantes en corrientes industriales de aire y reducir las emisiones a la atmósfera. No es un elemento de seguridad. Los compuestos se oxidan a CO2 y H2O, principalmente, con eficiencias del ~98% en la destrucción de contaminantes. Está catalizado mediante un metal que disminuye la temperatura de oxidación hasta entre 260 °C y 343 °C. Se pueden utilizar unidades de intercambio térmico para aumentar la eficiencia de la oxidación. No produce llama.

Cierres mecánicos simples y recirculaciones

Cierre mecánico simple: están constituidos por una junta estacionaria y una junta rotativa, que gira solidaria con el eje. Se utilizan para evitar fugas al exterior del producto bombeado. Generalmente en productos no peligrosos (ni tóxicos, ni abrasivos, etc.). La inclusión del sello genera rozamiento y un aumento de temperatura que debe ser disipado. Este calor, generalmente, se disipa con el propio fluido bombeado pudiendo añadirse recirculaciones en lugares de mayor a menor presión. Esto permite renovar el fluido de la carcasa y evitar que la temperatura suba de manera excesiva.

• De la impulsión a la carcasa: recircula el fluido desde la impulsión de la bomba hasta la carcasa.
• De la carcasa a la aspiración: recircula el fluido desde la carcasa a la aspiración de la bomba.
• De la carcasa a un intercambiador de calor externo: recircula el fluido desde la carcasa a un pequeño recipiente con un serpentín por el que circula agua de refrigeración.

Aunque se debe sellar perfectamente las partes estacionaria y rotatoria de la bomba, estas juntas han de tener una separación mínima que permita el paso de lubricante en el sello para evitar que estas queden adheridas. La lubricación se realiza con el propio fluido bombeado o, a veces, con un lubricante externo. Si se produce la rotura de cualquiera de las juntas del sello mecánico se produciría fuga de producto hacia el exterior.

Doble cierre mecánico: están constituidos por dos sellos, primario y secundario, compuestos cada uno por una junta rotativa y una junta estacionaria. Se utilizan para evitar fugas al exterior del producto bombeado en productos peligrosos (tóxicos, abrasivos, etc.). En este caso la fuga se contiene con dos sellos que separan el líquido proceso de un líquido barrera presurizado. Al igual que en los cierres simples, los sellos generan rozamiento y un incremento de temperatura; ésta se disipa gracias a la constante recirculación del líquido barrera que es enfriado en el botellón mediante un serpentín por el que pasa agua de refrigeración. Si existe una problemática en el control de la temperatura en la carcasa, pueden añadirse las mismas recirculaciones que en el cierre mecánico simple. De la misma forma que en los cierres simples, se ha de dejar paso en las juntas para lubricarlas. La lubricación se realiza con el líquido barrera o un lubricante externo. La rotura en un doble sello mecánico es diferente según se rompa el sello primario, el secundario o ambos a la vez; la fuga dependerá de la presión de operación del líquido barrera.

Bomba centrífuga: dan presiones de hasta 8 bar en una sola etapa; se puede aumentar la presión de impulsión añadiendo más etapas. Cuentan con un limitador de presión integrado y, por lo general, no requieren válvula de seguridad. El caudal volumétrico proporcionado depende de la presión a la que se impulsa el fluido: a mayores caudales menor presión de impulsión. A caudales mínimos la presión es máxima, por ello el arranque de la bomba se realiza con la válvula de aislamiento de la impulsión cerrada. Los fluidos muy viscosos pueden provocar problemas y requieren precauciones en su diseño.

Bomba de desplazamiento positivo: permite altas presiones en una sola etapa. Es necesario añadir una PSV en la impulsión que retorne hacia la aspiración de la bomba o hacia el tanque de almacenaje en caso de bloqueo de la línea de impulsión con la bomba en marcha. Provoca sobrepresiones al estar empujando líquido constantemente. El caudal volumétrico es independiente de la presión; en este caso, la altura máxima proporcionada por la bomba viene limitada por una válvula de seguridad. A caudales mínimos la presión es máxima y el consumo también es máximo; por ello el arranque de la bomba se realiza con la descarga abierta. Adecuada para fluidos con alta viscosidad.