DT303 - Transmisor de Densidad con Tecnología Profibus PA
1. Introducción
Distintos procesos industriales necesitan medición continuada de densidad para funcionar co eficiencia y garantizar calidad y uniformidad al producto final. Esto abarca ingenios de azúcar, cervecerías, destilerías, lechería, industrias química y petroquímica, entre otras.
Se utilizan muchos métodos para medición de la densidad de líquidos basados en distintas tecnologías, tales como: medidores nucleares, refractómetros, principio de Coriolis, diapasón vibrante, areómetros, análisis de laboratorio, etc.
En los artículos siguientes se presentarán las características de un nuevo transmisor de medición continuada de densidad y concentración de líquidos directamente en los procesos industriales.
El artículo 2.0 demostrará el DT303, el transmisor digital de densidad y concentración de SMAR, el artículo 2.1, su principio de funcionamiento, el artículo 2.2, los tipos de instalación y montaje, el 2.3, los detalles de calibración y puesta en marcha, y el 2.4, los detalles de operación y mantenimiento.
El artículo 3 compara el DT303 con las otras tecnologías disponibles para medición de densidad.
El artículo 4 apunta algunas aplicaciones más frecuentes de ese transmisor.
El artículo 5 enseña el diagrama operacional de bloques, y el 6, como configurarlo cíclicamente en la red PROFIBUS.
2. Transmisor Digital de Densidad con Protocolo de Comunicación PROFIBUS PA - DT303
El DT303 utiliza el principio de medición de presión diferencial entre dos puntos separados por una distancia fija y conocida para calcular con precisión la densidad y la concentración de líquidos.
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2.1. Principio de funcionamiento
El equipo utiliza un sensor de presión diferencial tipo capacitivo que se comunica a través de capilares con los diafragmas inmersos en el fluido del proceso, separados por una distancia fija.
La presión diferencial sobre el sensor capacitivo será directamente proporcional a la densidad del liquido medido (ver figura y formulas). El valor de presión diferencial no se afecta por la variación del nivel del líquido o la presión interna del tanque.
El DT303 tiene también un sensor de temperatura ubicado entre los diafragmas para corregir y normalizar los cálculos teniendo en cuenta la temperatura del proceso. Con la temperatura también se corrige la distancia entre los diafragmas y la variación volumétrica del fluido de llenado de los capilares que transmiten la presión de los diafragmas al sensor capacitivo.
Como el sensor utilizado es del tipo capacitivo genera una señal digital. El procesamiento siguiente también se hace digitalmente y el resultado es una medición de alto nivel de estabilidad y exactitud.
Con la información obtenida y la temperatura del proceso, el software de la unidad electrónica efectúa el cálculo de densidad o concentración enviando una señal digital relacionada con la escala de densidad o concentración elegida por el usuario (ºBrix, ºPlato, ºBaumé, g/cm3, etc.).
La misma información podrá accederse en el indicador digital local o de manera remota a través del protocolo PROFIBUS PA. Los transmisores inteligentes de densidad DT303 proveen una precisión de ±0,0004 g/cm3(± 0,1 ºBrix), y pueden utilizarse en mediciones de densidad desde 0,5 g/cm3 a 5 g/cm3.
Este método de medición es inmune a variaciones de nivel Del recipiente y puede utilizarse tanto en tanques abiertos como presurizados. La única obligatoriedad es que ambos diafragmas deben estar en contacto permanente con el fluido del proceso.
Otra importante ventaja de este transmisor es su robustez, pues no tiene partes móviles y no es afectado por vibraciones, al contrario de los medidores de densidad basados en la oscilación de un elemento sensor.
Además, el DT303 tiene tres bloques AI (Analog Input) de Entrada Analógica, que posibilitan mediciones de variables múltiples: Densidad, Concentración y Temperatura.
2.2. Instalación y montaje
Siendo el DT303 una solo unidad integrada es muy fácil de instalarse, necesitando apenas una penetración en el recipiente, una característica que lo distingue de otros sistemas de medición.
Esta línea de transmisores de densidad abarca un modelo industrial con montaje de brida (foto a derecha) y un modelo sanitario con conexión al proceso con brida tri-clamp (foto a izquierda).
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En el modelo sanitario, la sonda inmersa en el fluido de proceso tiene acabamiento de superficie bruñida, según el estándar 3 A para evitar el depósito de producto y la proliferación de bacterias.
Ambos modelos pueden montarse lateralmente (en tanques) o arriba (con vasos de muestreo). Como el indicador digital puede girar, la lectura será cómoda en cualquier posición de montaje.
También se puede montar el DT303 sin interrumpir el proceso, y su principio de funcionamiento no requiere ningún tipo de calibración especial de laboratorio para empezar a funcionar, bastando activarse, pues el sale de fábrica calibrado en la unidad y el rango seleccionado por el usuario.
2.2.1. Montaje en tanques
Generalmente, el modelo más adecuado a montaje en tanques es el curvo, instalado en la pared del tanque con juntas de brida o tri-clamp.
Si no se puede instalar el transmisor directamente en el interior del tanque, se puede utilizar un tanque de muestreo externo (ver figuras abajo).
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Montaje al lado Montaje de arriba
2.2.2. Montaje en línea
En procesos en que no haya recipientes o tanques de almacenaje para la medición es posible instalarse el DT302 en línea, intercalándose un recipiente de muestreo donde circula el fluido de proceso, como se ve abajo (a izquierda y en el centro).
Como la entrada del producto en el recipiente se da simultáneamente por arriba y por abajo, la medición no es afectada por la velocidad de circulación del fluido.
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Instalación en línea Instalación en línea Medición por
horizontal vertical desborde
Otra modalidad de montaje es el recipiente de muestreo con descarga por desbordamiento, en el cual el producto entre por la parte inferior y desborda por la parte superior (figura a derecha).
De esta manera, se dimensiona el recipiente para que la altura de la columna de líquido fija, que desborda, cubra completamente los diafragmas repetidores de presión del transmisor.
2.3. Calibración y puesta en marcha
El DT303 se calibra en fábrica en la unidad de ingeniería y el rango de medición deseados por el usuario y tan pronto se instale el equipo y lo active para que funcione. En caso de necesidad de recalibrado o reprogramación del rango de trabajo se puede usar el ajuste local, a través de un destornillador magnético, o remotamente, con el ProfibusView de SMAR, el Simatic PDM de Siemens, o cualquier herramienta basada en FDT/DTM, tal como el AssetView de SMAR. Estos procedimientos pueden hacerse sin necesidad de interrumpir el proceso. Como los cálculos de densidad y normalización por temperatura se realicen en la misma unidad, no se necesitan otros datos además del rango de densidad o concentración deseado.
Una característica fundamental de este transmisor es no necesitar calibrarse en laboratorio.
Las unidades existentes para medición de densidad y concentración son: g/cm³, kg/m³, lbm/ft³, ºBrix, ºBaumé, ºPlato, ºAPI, ºINPM, ºGL. Además de estas unidades es posible configurar la unidad de salida en % de Sólidos o % de Concentración, cuando se necesita utilizar una de las siguientes opciones:
- un polinomio del 5º grado con los coeficientes configurables para obtener la correlación entre la función de la unidad del usuario y la densidad;
- una tabla de 16 puntos con dos entradas para la linealidad de la función que relaciona la unidad del usuario con la densidad.
Habilitándose una de las dos opciones, el transmisor de densidad y concentración medirá primeramente la densidad, mientras la indicación local y la salida digital seguirán la función cargada en el polinomio o en la tabla.
2.4. Operación y mantenimiento
El DT303 provee una indicación directa y en unidades de ingeniería del valor de densidad del líquido, además de temperatura, tanto en el indicador local como a través de la comunicación digital.
Este transmisor ha sido proyectado para procesar fluidos contaminados, sin la necesidad de filtraje. El diseño de los diafragmas reduce la frecuencia del depósito de producto sobre ellos, no necesitando la limpieza periódica del equipo.
El modelo sanitario fue proyectado especialmente para trabajar con sistemas de limpieza CIP, garantizando que todas las partes del transmisor en contacto con el proceso sean cubiertas por el fluido de lavado del sistema CIP.
3. El Transmisor Digital de densidad y concentración DT303 comparado con otras tecnologías
El DT303 tiene muchas ventajas sobre los demás transmisores de densidad. Se obtiene una precisión de 0,0004 g/cm³ en comparación con 0,05 – 0,001 g/cm³ de otras tecnologías, posibilitando mayor uniformidad y calidad en el producto final, además de ahorro de aditivos y energía, en muchos casos. Otra gran ventaja es la facilidad de instalación mecánica y eléctrica.
Además, el transmisor digital DT303 tiene tres bloques de Entrada Analógica AI, que permiten mediciones variables: Densidad, Concentración y Temperatura.
4. Aplicaciones
La versatilidad Del DT303 permite al usuario utilizar la unidad de medición mas indicada según el proceso. La indicación de este transmisor se puede exprimir en unidades de ingeniería tales como:g/cm3, kg/m3 , lbm/ft3 , densidad relativa (@20ºC, @4ºC) o concentración (ºBrix, ºBaumé, ºPlato, ºAPI, ºINPM, ºGL, % de sólidos, % de concentración).
El cambio de unidades de medición no implica la necesidad de recalibrar el aparato.
Algunas aplicaciones frecuentes son:
Refinería de aceites:
- Aceites vegetales,
- Extracción de miscela.
Ingénios de azúcar y alcohol:
- Grado Brix en el mosto y la miel,
- Grado Brix en la meladura, entre efectos y en la última etapa de evaporación,
- Densidad del lodo del decantador,
- Grado alcohólico do alcohol hidratado y anhidro,
- Grado Baumé de la leche de cal.
Industrias alimenticias:
- Densidad de leche precondensada,
- Dilución de Almidón,
- Densidad de agua pesada,
- Mieles, jaleas, gelatinas.
Industrias de bebidas:
- Grado Plato en la fermentación de cerveza,
- Grado Plato en los cocedores de cerveza,
- Grado alcohólico de aguardiente,
- Grado Brix en la dilución de meladuras,
- Concentración/dilución de jugos de frutas,
- Refrescos, café soluble, vino, malte, tequila.
Químicas y petroquímicas:
- Nivel de interfaz agua/aceite en tanques tratadores y separadores,
- Densidad de aceite crudo, aceites lubricantes,
- Densidad de gasolina, aceite diesel, kerosene, GLP,
- Agua de lavado de gases,
- Concentración y dilución de ácidos,
- Concentración de soda cáustica,
- Dilución de leche de cal.
Industria de papel y celulosa:
- Concentración de licor verde, licor negro, licor blanco
- Densidad del lodo de cal,
- Concentración de soda cáustica,
- Dilución de almidón,
- Dilución de talco, cenizas,
- Concentración de tinta.
Minería y siderurgia:
- Densidad de pulpa de mineral,
- Recuperación de finos,
- Célula de flotación, raspadores,
- Extracción de lodo, blanqueador,
- Dilución de ácidos,
- Raspadura de placas de acero.
5. Diagrama de bloques
La figura siguiente es un ejemplo de bloques de función del DT303, según el Profile V3. El DT303 posee un bloque Analog Input, donde cambia de manera cíclica el valor de la densidad y concentración, temperatura con el maestro clase 1 del Profibus.
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El archivo gsd y las DD del DT303 se pueden adquirir gratuitamente en la red en el sitio: : https://www.smar.com.br/es
Vea el vídeo sobre el transmisor DT303 en: https://www.smar.com.br/es/producto/dt303-modelo-profibus-pa
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6. Configuración cíclica del DT303
A través de los comandos abajo, el maestro ejecuta todo el proceso de inicialización con equipos PROFIBUS-PA:
- Get_Cfg: carga la configuración de los esclavos y verifica la configuración de la red;
- Set_Prm: escribe en parámetros de los esclavos y ejecuta servicios de parametrización de la rede;
- Set_Cfg: configura los esclavos según entradas e salidas;
- Get_Cfg: un segundo comando, donde el maestro verificará la configuración de los esclavos.
Todos estos servicios se basan en las informaciones obtenidas en los archivos GSD de los esclavos.
El archivo GSD Del DT303 trae detalles de la revisión de hardware y software, bus timing del equipo e informaciones sobre el cambio de datos cíclicos:
- 1er Bloque AI: disponible para configuración de las unidades de concentración;
- 2º Bloque AI: disponible para configuración de las unidades de densidad;
- 3r Bloque AI: disponible para configuración de las unidades de temperatura;
La mayoría de los dispositivos de configuración PROFIBUS utiliza 2 directorios para registro de los archivos GSD y bitmap de los distintos fabricantes. Los GSD y bitmap para los equipos SMAR se pueden adquirir vía Internet en el sitio https://www.smar.com.br/es
En seguida veremos un ejemplo típico con los pasos necesarios a la integración de un equipo DT303 en un sistema PA y que se puede aplicar a cualquier otro equipo:
- Copiar el archivo GSD del DT303 en el directorio de investigación del configurador PROFIBUS, normalmente llamado GSD.
- Copiar el archivo bitmap del DT303 en el directorio de investigación del configurador PROFIBUS, normalmente llamado de BMP.
- Tras elegir el maestro se debe elegir la tasa de comunicación, teniendo en cuenta que cuando hay dos acopladores, es posible tener las siguientes tasas: 45.45 kbits/s (Siemens), 93.75 kbits/s (P+F) y 12Mbits/s (P+F, SK3). Cuando el dispositivo de enlace es el IM157, el límite es 12Mbits/s.
Adicionar el DT303, especificando la dirección en el barramiento.
- Elegir la configuración cíclica vía parametrización con el archivo GSD, lo cual depende de la aplicación, según se demostró anteriormente. Para los bloques AI, el DT303 irá proveer al maestro el valor variable de proceso en 5 bytes, siendo los cuatro primeros en formato de punto flotante y el quinto byte el estatus que trae información sobre la calidad de la medición.
- También se puede activar la condición de watchdog, en la cual la detección de la pérdida de comunicación entre el equipo esclavo con el maestro, el equipo podrá entrar en la condición a prueba de fallo.
7. Conclusión
El transmisor digital de densidad y concentración con inserción por diferencial de presión hidrostática DT303 de SMAR, indicado para monitoreo y control de procesos industriales provee el feedback en tiempo real con alta precisión de la densidad y la concentración de líquidos.
Este transmisor tiene características que vuelven su performance superior a los transmisores que utilizan otras técnicas de medición de densidad.
El DT303 es aplicable en todos los sectores industriales.
Referencias:
- Revista Mecatrônica Atual, Edição 46, Minimización del Ruido en las Instalaciones PROFIBUS, César Cassiolato, 2010.
Lazos Relacionados:
- Confira la lista de Artículos Técnicos de SMAR:https://www.smar.com.br/es/articulos-tecnicos
- PROFIBUS:https://www.smar.com.br/es/articulos-tecnicos-profibus
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