L12 Studiul Sistemelor De Reglare A Debitului [626450]

269 L12. Studiul sistemelor de reglare a debitului

1. Obiectul lucr ării constă în studiul construc ției și funcționării
unor bucle de reglare a debitului.
2. Debitul de material sau de substan ță

În diverse instala ții industriale se cer vehiculate cantit ăți bine
determinale de materiale sau substan țe (sub form ă lichidă, gazoasă sau
granulată) în vederea realiz ării unor obiective prestabilite.
În general, prin debit, se în țelege cantitatea de substan ță sau material
care trece printr-o sec țiune dată, în unitatea de timp.
Necesit ățile tehnologice practice cer ca, uneori, aceste debite s ă fie
menținute la valori constante, independent de perturba ții, iar alte ori
dimpotriv ă se cere ca valoarea debitului s ă urmărească un alt parametru
tehnologic, variabil în timp. Foarte adesea debitul se cere cunoscut în vederea efectu ării unor calcule de "contabilizare" a unor consumuri, pe
perioade determinate. Pentru toate aceste situa ții se cere în primul rând
măsurarea debitului respectiv. Nu exist ă metode universale de m ăsurare a
debitului. Metoda de m ăsurare respectiv aparatura concret ă se adopt ă
avându-se in vedere de exempul urm ătoarele:
– Starea de agregare a debitului respectiv (solid, lichid gazos, vapori, etc); – Num ărul Reynolds, referitor la condi țiile de curgere.
– Existen ța unor eventuale interinfluen
țe între aparatul de m ăsură și
parametrii debitului respectiv (temperatur ă, reactivitate, etc).
– Se cere determinarea debitului propor țional cu viteza medie sau
debitul în unitatea de timp. – Precizia dorit ă.
M ăsurarea debitului se poate referi la m ăsurarea debitului de volum
(debit volumetric)
VQ sau a debitului de mas ă (debit masic) mQ:

S v Qmed V= [m3/s] (1)
S v Qmed mρ= [kg/s] (2)

270 în care: medv este viteza medie a fluidului în [m/s] ;
S – secțiunea conductei în [m2] și
ρ – densitatea fluidului în [kg/m3].
În tehnică se folose ște în mod curent metoda a doua de m ăsurare a
debitului. În cadrul acestei metode, chiar în situa ția unei repartiz ări
neuniforme a vitezei, prin realizarea unor tronsoane de m ăsurare prescrise,
se pot ob ține preciz ării bune. Ca elemente sensibile la varia ția debitului se
folosesc (în ordinea procentajului din num ărul total de traductoare de debit
utilizate): – elemente de îngustare (diafragme) 38%
– turbine de m ăsurare 21%
– elemente inductive (electromagnetic) 15%
– rotametre 15%
– elemente sensibile ultrasonice în r ăspândire
– alte metode de m ăsurare.
În cadrul substan țelor cu densitate constant ă "garantat ă", informa ția
de debit masic rezult ă din informa ția de debit volumic. Dac ă densitatea nu
este constant ă se recurge fie la corectarea rezultatelor m ăsurătorilor dup ă
valoarea densit ății fie se folosesc metode directe.

3. Reglarea debitelor

3.1 În cazul regl ării debitelor de fluide, gaze sau vapori în condi ții
industriale pot fi luate în eviden ță trei posibilit ăți.

3.1.1 În primul caz circula ția în sistemul de conducte este datorat ă
energiei poten
țiale a fluidului, gazului sau vaporilor înmagazinat ă într-un
rezervor. În acest sens se consider ă de exemplu un rezervor și o conduct ă
colectoare de la care are loc ramificarea aliment ării unor consumatori.
În această situație în vederea regl ării debitului, se cere modificat ă
rezistența hidraulic ă a sistemului. Aceast ă modificare se realizeaz ă pe seama
unor elemente de execu ție (EE) echipate cu organe de execu ție (OE) de tip
robinete de reglare (RR), clapete de reglare, jaluzele de reglare, etc.
Organul de execu ție (OE) ca echipament de reglare este amplasat
totdeauna în serie cu sistemul hidraulic respectiv.

271 Amplasarea în sistemul hidraulic a traductorului de m ăsură a
debitului și a elementului de execu ție (EE) a buclei de reglare este
indiferent ă din punctul de vedere al dinamicii regl ării.
Obiectul reglat este practic cons tituit din întregul tronson hidraulic
care poate fi echivalat, în afara elementului de execu ție (EE), cu trei
rezistențe hidraulice și trei rezervoare cu parametri concentra ți (în cazul
mediilor compresibile sau a înser ării unor rezervoare -vase tampon).
Modalitățile de realizare concret ă a sistemelor de reglare a debitelor
sunt prezentate în figura 1a și 1b.

Fig. 1 Sisteme de reglare a debitelor

Dinamica sistemului de reglare a debitului este influen țată practic de
tronsonul T cuprins între traductor și elementul de execu ție EE, influen țele
tronsoanelor reprezentate prin 1T și 2T apar numai indirect.
Din punct de vedere sta ționar, rezisten țele hidraulice 1ξ, 2ξ și 3ξ
legate în serie cu elementul de execu ție pot fi concentrate într-o singur ă
rezistență hidraulic ă 3 2 1ξξξ++ . Perturba țiile tipice apar în urma

272 modificării acestor rezisten țe sau în urma modic ării diferen ței de presiune
e ap p− , unde ap este presiunea de alimentare, iar ep – presiunea de
ieșire.
În figura 2 sunt prezentate diagramele de varia ție de presiune într-un
sistem hidraulic în care se regleaz ă debitul de fluid.

Fig. 2 Diagrama de varia ție a presiunii în sistemul hidraulic
Anume, curba 1, se refer ă la cazul unui regim sta ținar, când
robinetul de reglare se afl ă într-o stare intermediar ă.
Curba 2 se refer ă la efectul modific ării presiunii de ie șire (
epscade –
deci efect de obturare).
Curba 3 se refer ă la efectul modific ării presiunii de alimentare
(ap scade – deci efect de deschidere).
Curba 4 se refer ă la cazul robinetului de reglare complet deschis.

3.1.2 În al doilea caz debitul de substan ță este asigurat prin
intermediul unei pompe volumice (cu ro ți dințate).
În asemenea situa ții se exclude posibilitatea introducerii elementelor
de reglare în serie dup ă pompa respectiv ă din cauza posibilit ăților de
creștere exagerat ă a presiunii în sistemul hidraulic respectiv în cazul
creșterii rezisten țelor hidraulice înseriate.

273 În asemenea situa ții pot fi utilizate urm ătoarele solu ții de reglare
prezentate în figura 3.

Fig. 3 Reglarea debitelor pompelor volumice

În general debitul se regleaz ă pe baza debitului recirculat prin
conducta de retur, fie folosind un robine t de reglare simplu (figura 3a),
fie folosind un robinet de reglare cu trei c ăi (figura 3b).
Uneori se adopt ă soluția modific ării vitezei de antrenare a pompei,
dar aceasta este mai costisitoare (figura 3c).

3.1.3 În cel de al treilea caz, datorit ă utilizării unor pompe,
compresoare centrifuge sau ventilatoare, este posibil ă ștran-gularea
conductei de la ie șirea sursei f ără ca prin aceasta s ă se produc ă
supraîncărcarea pompei sau cre șterea exagerat ă a presiunii. În acest caz se
pot utiliza oricare din variantele anterior men ționate de reglarea a debitelor.
În cazul vehicul ării fluidelor robinetul se a șează neapărat după
pompă, în vederea preîntâmpin ării apariției fenomenu-lui de cavita ție, cu
efecte negative asupra func ționării sistemului hidraulic respectiv (solu ția
adoptată trebuie să satisfacă aspecte tehnice, func ționale și economice).

274 În cazul ventilatoarelor se recomand ă amplasarea elementului de
execuție pe partea de aspira ție. O problem ă de o importan ță deosebită este
alegerea elementului de execu ție. Alegerea porne ște de la valorile
presiunilor de alimentare, de ie șire, a pierderii totale de presiune pe sistem
și a pierderii minime admisibile pe elementul de reglare.

3.2 În cazul regl ării debitelor de solide granulate, elementul de
execuție (EE) este un alimentator cu band ă, cu șnec (melc), cu disc, cu
tambur rotitor, cu celule sau cu vibrator. Prin utilizarea unor asemenea elemente de execu ție în bucla de reglare se introduce în mod automat un
timp mort important.
O soluție de eliminare a timpului mort este prezentat ă în figura 4.

Fig. 4 Reglarea debitelor fluxurilor de materiale granulate

Sistemele de reglare a debitelor sunt realizate în general în structuri
simple – conven ționale – de reglare dup ă abatere. Sunt folosite fie de sine
stătător, în vederea realiz ării unui debit prescris, fie ca bucle secundare în
cadrul unor regl ări în cascad ă a debitului cu nivelul, a debitului cu

275 temperatura, a debitului și concentra ției etc. În unele instala ții tehnologice
se cere reglarea raportului de debite , când apare necesitatea unui regulator
de raport. Avându-se în vedere cele de mai sus, rezult ă că schema bloc a
sistemelor de reglare automat ă a debitelor, func ționând pe principiul
abaterii, are aspectul din figura 5. În aceast ă schemă se folose ște ca element sensibil la varia ția
debitului (TD) o diafragm ă și s-a pus în eviden ță posibilitatea realiz ării unor
echipamente conven ționale de automatizare electrice sau pneumatice.

RAxcLL OAOE
(RR)ORqe
TD ADxLLc
xrx'rHΔp ,ρ
re
Δp,ψ
x'

Fig. 5. Schema bloc a regl ării debitelor

4. Chestiuni de studiat

– elementele componente ale buclelor de reglare a debitelor; – amplasarea acestor elemente; – func ționarea buclelor de reglare;
– acordarea regulatoarelor pentru asemenea bucle de reglare.
5. Modul de lucru în laborator

5.1 Descrierea instala ției din laborator
5.1.1 Partea hidraulic ă

Instala ția din laborator se compune din dou ă părți: instala ția
tehnologic ă propiu-zis ă (obiectul reglat) și panoul de automatizare.
Instalația tehnologic ă, prezentat ă în figura 6, este o instala ție
complexă, care permite experimentarea regl ării debitului sau nivelului cu

276 diverse echipamente de automatizare conven ționale, fiind de fapt un sistem
hidraulic prin care se poate vehicula apa.

Fig. 6 Schema instala ției tehnologice

Apa este pus ă în circula ție, de către pompa ( P) acționată de un motor
electric trifazat, fiind absorbit ă din rezervorul 1R, și trimisă înapoi în acest
rezervor dup ă ce trece printr-un sistem hidraulic format din conducte,
armături, robinete de reglare și un al doilea rezervor 2R. Debitul maxim al
pompei este de 5,5m 3/h.
Pentru reglarea debitului intereseaz ă circuitul: R 1 – V6 – pompa P –
(V1+VPni) – ((V 3+DED+V 4)//V5) – VP nd – V2 – R2 – V7 – R1.

277 În circuitul men ționat V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7 sunt ventile de
reglare manual ă, VPni și VPnd sunt ventile de reglare pneumatice (normal
închis și respectiv normal deschis) comandate de buclele de reglare
respective. Detectorul electromagnetic de debit ( DED ) este intercalat în blocul
de ventile manuale V3, V4 și V5. În acest fel exist ă posibilitatea de realizare
al unui reglaj manual al debitului și o posibilitate de sec ționare total ă
(scoaterea din circuit) a DED .

5.1.2 Partea pneumatic ă

Elementele de execu ție (EE) folosite VPni și VPnd, sunt ventile
pneumatice, deci sunt ac ționate cu aer comprimat, care se ob ține de la o
sursă de presiune a laboratorului, prin intermediul unui filtru – reductor
(FR-100 ) și a unui convertor electro-pneumatic ELA -104 .
Convertorul electro-pneumatic ELA -104 primește de la regulator un
semnal unificat în curent în gama 2…10mA c.c. pe care îl transform
ă
într-un semnal unificat de presiune în gama 0,2…1 bar .

5.1.3 Partea electric ă

Echipamentul de automatizare, în afara EE, este electronic, unificat
și se află montat pe un panou de automatizare în vecin ătatea instala ției
tehnologice. Acest echipament se compune din: detectorul de debit electromagnetic FL281S-F4-25 , adaptorul pentru detector ELT-530 ,
integratorul electric ELI-112 , regulatorul electronic ELC-111 , înregistratorul
electronic ELR-35 și convertorul electro-pneumatic ELA-104 .
Schema electric ă desfășurată a buclei de reglare realizat ă este
prezentată în figura 7. În aceast ă schemă sunt prezentate elementele
componente ale schemei de reglare, leg ăturile între acestea, în ordinea
funcțională, cu circuite a șezate în ordinea logic ă, pentru a permite o
înțelegere u șoară a părții electrice. Panoul de automatizare se alimenteaz ă
de la rețeaua trifazat ă, prin intermediul unui întrerup ător general, manual.

278

Fig. 7 Schema electric ă desfășurată a buclei de reglare

279 5.2. Efectuarea lucr ării

– Se studiaz ă modul de realizare a instala ției tehnologice; se
identifică elementele componente;
– Se studiaz ă schema electric ă de montaj și schema electric ă
desfășurată de pe panoul de automatizare din laborator; se identific ă
aparatura de comand ă;
– Se identific ă elementele componente ale buclei de reglare și a
elementelor de reglaj de pe acestea;
– Se prescrie un debit de 50% și se pune instala ția sub tensiune;;
– Se porne ște pompa și se ajusteaz ă robinetele de reglare manual ă
V3 și V5 astfel încât s ă se realizeze un debit de cca 50%;
– Se încearc ă funcționarea EE pe comanda manual ă de la regulator;
– Se trece regulatorul pe func ționarea automat ă și se urm ărește
funcționarea buclei de reglare la modificarea: referin ței, BP, Ti, Td,
înregistrând datele cu ajutorul înregistratorului ELR-35.
6. Prelucrarea și analiza datelor ob ținute

– Se explic ă schema bloc din figura 5.
– Se deseneaz ă schema electric
ă desfășurată și schema bloc a buclei
de reglare a debitului studiat; – Se studiaz ă datele înregistrate și se fac aprecieri asupra efectelor
parametrilor de acord asupra performan țelor buclei de reglare.
– Se explic ă figura 6.

Bibliografie

1. Tertișco M., ș.a., Automatiz ări industriale continue, Ed. Did. și Ped.,
București, 1991.
2. Ionescu C., ș.a., Automatiz ări, Ed. Did. și Ped., Bucure ști, 1982.
3. Marinoiu V., ș.a. Elemente de execu ție. Robinete de reglare, Ed. Tehn.,
București, 1999.