CLASE 1- Instrumentación Industrial2.pdf

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL

Fundamentos y transmisores • • • • •

Introducción Instrumentos en un sistema de control Elementos de un sistema de control Transmisores y Controladores Diagramas de Instrumentación

Temperatura • • • •

Principio funcionamiento termocuplas. Linealización – Compensación de Cero. Tipo iposs de termocu termocupla plass - Ide Identi ntific ficació ación n Practica I: Control de temperatura con termoc ter mocupl upla a y PT100 PT100

Presión • •

Concepto Generales sobre presión Tipos de medidores de presión: Mecánicos, electrónicos, electromecánicos…

•

Practica II: Configuración transmisor Presión

Nivel • • • •

Principios Básicos Medidores de nivel: tipos Selección y Aplicaciones Practica III: Configuración transmisor nivel.

Caudal • • • •

Fundamentos básicos Tipos de medidores de caudal Selección y aplicaciones Examen Final

Taller Transv ransversal ersal • Taller

40 %

Taller Practico 1: • Temperatura

20%

Taller Practico 2 • Nivel

20%

Taller Practico • Presión

20% ------------------100%

Instrumentación Industrial

Ing. John Jairo Piñeros

INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL 1. Introducción 2. Tipos de control 3. Elementos de un sistema de control 4. Diagramas de Instrumentación 5. Características estáticas y dinámicas de los

instrumentos

Instrumentación Industrial

Ing. John Jairo Piñeros

1. Introducción ¿Que es la Instrumentación Industrial? Es el conocimiento de la correcta aplicación de los equipos encaminados para apoyar al usuario en la medición, regulación, observación, transformación, ofrecer seguridad, etc., de una variable dada en un proceso productivo.

Instrumentación Industrial

Ing. John Jairo Piñeros

1. Introducción ¿Cuáles son las funciones de un profesional que se desempeñe en área de instrumentación y/o Automatización? • • • • • • • •

Seleccionar instrumentos Especificar instrumentos Generar planos de instrumentación Diagramas de Tuberías e Instrumentación (P&ID). Diagramas de lazos de control. Diagramas de instalación (mecánicos y eléctricos). Supervisar la instalación, arranque y puesta en marcha de sistemas de instrumentación. Mantenimiento de instrumentos.

Instrumentación Industrial

Ing. John Jairo Piñeros

LIMITES ALCANCE PROYECTO INSTRUMENTACION P&ID

Programación del Sistema de Control

Descripción

Descripción

por

de

Suministrador

Control Diagramas

del Proceso

Macros de

de Control

Control

Detalle de la estrategia de control automático

Instrumentación Industrial

Ing. John Jairo Piñeros

Introducción Instrumentación Uso de la realimentación para generar la señal de control.

El controlador debe generar una señal de control de manera que el sistema se comporte adecuadamente.

Conceptos básicos

Ing. John Jairo Piñeros

Proceso de Medida

• Elemento primario (sensor): En contacto con el proceso • Captador: Medida del sensor  • Transductor: Adecuación de la señal • Transmisor: 

Conversión.



Filtrado y potencia.



Transmisión de la señal.

Conceptos básicos

Ing. John Jairo Piñeros

Proceso de Medida Ambiente, entorno o sistema cuya evolución o estado ha PROCESO: Ambiente, de ser controlado.

Sensor  Proceso

Detector Error  Controlador 

Medida

 Actuador 

una variable variable a controlar controlar - proce proceso so uni-variable uni-variable varias variab variables les a contro controlar lar so multivariab multivariable le (plan (planta) ta)

Elemento Final de control

Conceptos básicos

Ing. John Jairo Piñeros

Componentes •

PROCESO: Ambiente, entorno o sistema cuya evolución o estado ha de ser controlado.

•

MEDIDA: Proceso empírico y objetivo de asignación de números a las cualidades de los objetos o acontecimientos del mundo físico real.

•

SENSOR: Transforma Transforma una señal mecánica en una eléctrica

•

DETECTOR DETECTO R ERROR: Efectúa la comparación entre la variable de referencia y la variable a controlar controlar..

•

CONTROLADOR: CONTROLAD OR: Realiza una acción determinada en función del detector de error.

•

ELEMENTO FINAL CONTROL: CONTROL: Ejecuta una acción ac ción determinada sobre la variable controlada o proceso en función de la respuesta del controlador. Representado por electroválvulas, motores, motores, lámparas, relés, etc.

•

 ACTUADOR: Elemento intermedio intermedio entre el controlador y el elemento final. Proporciona la energía que necesita el elemento final a partir de la señal (baja en energía) procedente del controlador c ontrolador..

Conceptos básicos

Ing. John Jairo Piñeros

Proceso de Medida Comparación de la variable con una unidad estándar o patrón de medida. Puede ser directa o indirecta (variable intermedia)

Importancia Instrumentación en la industria

Ing. John Jairo Piñeros

Conceptos básicos

Ing. John Jairo Piñeros

Ejercicio: • Cual es el volumen del tanque

rectangular? (H=3m; L=2m; prof=1m) • Cual es el volumen de un tanque

cilíndrico que tiene una altura de 7m y un diámetro de 5m • Cual es el Caudal del tanque

anterior si el tanque se demora en llenar 10min. • cual es la altura H del tanque • • • •

Densidad Agua = 1 gr/cm3 = 1000 Kg/m3 1bar=100.000 Pa = 100.000 N/m2 1N=Kg*m/s2 Gravedad g=9.8m/s2

cilíndrico anterior que contiene agua y tiene una presión de 500mbar (tanque abierto) ?

Instrumentación Industrial

Ing. John Jairo Piñeros

INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 1. Introducción

2. Tipos de control 3. Elementos de un sistema de control 4. Transmisores y Controladores 5. Diagramas de Instrumentación

Tipos de Control

Ing. John Jairo Piñeros

Sistema de control Normalmente un sistema de control opera formando un lazo o bucle (ABIERTO O CERRADO) en el que se mide el valor de una variable, se compara con un punto de consigna o valor deseado (set point, SP) y se toma una acción de corrección de acuerdo con la desviación o error  existente. TIPOS DE CONTROL ON – OFF CONTROL ANALÓGICO CONTROL DIGITAL

Tipos de Control

Ing. John Jairo Piñeros

Control ON-OFF 1. El control On-Off es la forma mas simple de controlar controlar.. 2. Es comúnmente utilizado en la industria 3. Muestra muchos de los compromisos fundamentales fundamentales inherentes a todas las soluciones de control.

La

entrada

no

rápidamente  pero

cambia

tan

El precio que

pagamos es una oscilación (o ciclo lımite)

en la temperatu turra de sa sallida.

Tipos de Control

Ing. John Jairo Piñeros

Control PID P: La ganancia proporcional (Kp). Kp pequeña implica acción proporcio Kp pequeña proporcional nal pequeña pequeña Kp grande implica acción proporcional grande.

La acción proporcional produce una señal de control proporcional a la señal de error.

I: Constante de tiempo integral (Ti). Ti pequeña pequeña implica acción acción integral grande grande Ti grande implica acción integral pequeña La acción integral proporciona una corrección para compensar las perturbaciones y mantener la variable controlada en el punto de consigna.

D: Constante de tiempo derivativa (Td). Td pequ pequeña eña implica acción acción derivativa pequeña pequeña Td grand grande e implica acción deriva derivativa tiva grand grande. e. La acción derivativa anticipa el efecto de la acción proporcional para estabilizar más

Tipos de Control

Control PID

puede eliminar la sobreoscilación dism di smin inuy uyen endo do K p , per pero o a co cost sta a de de aumentar el error de posición

el integrador libre del controlador anula el error de posición, pero no evita la sobreoscilación

Ing. John Jairo Piñeros sigue existiendo error de posición, pero para pa ra la la mism misma a Kp el sis siste tema ma osci oscila la men menos os

Tipos de Control

Ing. John Jairo Piñeros

Control Digital - PWM Los parámetros fundamentales del PWM son el periodo (T) y el ciclo de trabajo (D). El ciclo de trabajo indica el tiempo que la función vale uno respecto al tiempo total (el periodo)

Instrumentación Industrial

Ing. John Jairo Piñeros

INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 1. Introducción 2. Tipos de control

3. Elementos de un sistema de control 4. Características estáticas y dinámicas de los

instrumentos 5. Diagramas de Instrumentación

Elementos de un sistema de control

Ing. John Jairo Piñeros

Elementos de un sistema de control

Elementos de un sistema de control

Transmisores

 Actuadores

Ing. John Jairo Piñeros

Controladores

Registrador 

Elementos de un sistema de control

Clasificación transmisores

Ing. John Jairo Piñeros

Elementos de un sistema de control

Ing. John Jairo Piñeros

Protocolos de comunicación Nivel de campo

Elementos de un sistema de control

HART

highway addressable remote transducer  Transductor remoto direccionable de alta velocidad

Ing. John Jairo Piñeros

El protocolo HART fue desarrollado en la década de 1980 por Rosemount Inc

Que es? es un protocolo abierto que se emplea para la configuración remota y supervisión de datos con instrumentos de campo. protocolo maestro/servidor, lo cual significa que un dispositivo inteligente de campo (servidor) sólo habla cuando le habla un maestro.

Que Hace? permite la comunicación bi-direccional con instrumentos inteligentes superponiendo la señal digital en la analógica sin afectarla, transmitiendo simultáneamente por el mismo alambrado.

Elementos de un sistema de control

Ing. John Jairo Piñeros

HART Como Funciona? Transmite la señal analógica de 4-20 mA y la señal de comunicación digital simultáneamente sobre la misma instalación eléctrica.

Información: vble proceso y datos Conexión? punto a punto o multipunto transmite información hacia y desde los instrumentos inteligentes de campo y el control central o los sistemas de monitoreo

Elementos de un sistema de control

Ing. John Jairo Piñeros

TECNOLOGIA WIRELESS HART

Elementos de un sistema de control

Ing. John Jairo Piñeros

FOUNDATION fieldbus Redes de campo

Que es? protocolo de comunicaciones digital de alta velocidad creada para remplazar la clásica señal de 4-20 mA. (no tienen señal de comunicación analógica) Que Hace? Permite la conexión hasta 32 dispositivos, sin embargo lo típico ( limitaciones de voltaje y corriente ) es de 16 dispositivos por medio de bus de campo.

HSE (High-speed Ethernet) 100 Mbit/sec H1 31.25 Kbit/sec

Elementos de un sistema de control

Ing. John Jairo Piñeros

FOUNDATION fieldbus Redes de campo

Conexiones Fieldbus utiliza un cable del tipo par apantallado, permite utilizar cables existentes. El bus se llama segmento o “trunk”, y los dispositivos se conectan al trunk mediante “spurs”, esta topología es llamada “branch”.

Elementos de un sistema de control

Ing. John Jairo Piñeros

FOUNDATION fieldbus Redes de campo

Conexiones fieldbus

4-20mA Power  Supply

Power  Supply Input card

En circuitos de 4-20 mA la fuente y el dispositivo son conectados en serie

En sistemas fielbus la fuente y el dispositivo son conectados en Paralelo

Elementos de un sistema de control

Ing. John Jairo Piñeros

IO Link IO-Link (IEC61131-9) protocolo de comunicación serie estándar abierto permite intercambio bidireccional de datos con sensores y dispositivos que soportan IO-Link y están conectados a un maestro

IO-Link no es bus de campo, es un protocolo de comunicación punto a punto entre un sistema IO compatible y un dispositivo de campo Ventajas de IO-Link mayor disponibilidad de datos, configuración remota y monitoreo, reemplazo simple de dispositivos y diagnósticos avanzados.

Con IO-Link, los usuarios pueden leer y cambiar los parámetros del dispositivo a través del software del sistema de control

Elementos de un sistema de control

IO Link

Ing. John Jairo Piñeros

Elementos de un sistema de control

IO Link

Ing. John Jairo Piñeros

Elementos de un sistema de control

Ing. John Jairo Piñeros

Elementos de un sistema de control Sensores Pasivos y Activos • Pasivos: No agregan energía como parte del proceso de medición.

Delta Temp. » Termocupla » Voltaje Presión » Tubo Bourdon »Desplazamiento • Activos: Agregan energía al ambiente de la medición como parte del

proceso de medición. Radar » Ondas » Distancia

Elementos de un sistema de control

Ing. John Jairo Piñeros

Conexión Transmisores Eléctricos FUENTE 24VDC +

FUENTE 24VDC

-

+

-

ENTRADA PIT

+

-

100

-

+

4-20mA

PLC Controlador  Calibrador 

ENTRADA PIT 100

+

s

CONEXIÓN A 2 HILOS

4-20mA

PLC Controlador  Calibrador 

FUENTE 24VDC +

-

SALIDA +

+

CONEXIÓN A 3 HILOS

FUENTE 24VDC +

-

-

4-20mA

-

+ -

CONEXIÓN SALIDA 2 HILOS

PLC Controlador  Calibrador 

ENTRADA

+ PIT 100

-

S-

4-20mA

S+

CONEXIÓN A 4 HILOS

+

PLC Controlador  Calibrador 

Elementos de un sistema de control

Ing. John Jairo Piñeros

Conexión HART: Comunicador de campo (Emerson 475)

El lazo de señal debe tener una carga entre 250 y 1100 ohmios para

Elementos de un sistema de control

Ing. John Jairo Piñeros

Conexión HART: Conexión con modem HART

El lazo de señal debe tener una carga entre 250 y 1100 ohmios para

 Automatización Industrial

Ing. John Jairo Piñeros

INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 1. Introducción 2. Tipos de control 3. Elementos de un sistema de control

4. Diagramas de Instrumentación 5. Características estáticas y dinámicas de los

instrumentos

Instrumentación Industrial

Ing. John Jairo Piñeros

Normas aplicadas a Proyectos de Instrumentación Industrial ISA (Instrument Society of America – Sociedad de instrumentación, sistemas y automatización) ANSI (American National Standards Institute - Instituto Nacional Estadounidense de Estándares)  –ANSI/ISA-S5.1 (Identificación y símbolos de instrumentación)  –ANSI/ISA-S5.2 (Diagramas lógicos binarios para operaciones de procesos)  –ISA-S5.3 (Símbolos gráficos para control distribuido, sistemas lógicos y

computarizados).  –ANSI/ISA-S5.4 (Diagramas de lazo de instrumentación)  –ANSI/ISA-S5.5 (Símbolos gráficos para visualización de procesos)

DIN (alemana):  –DIN19227 Parte1 (código de identificación de instrumentos y controles)  –DIN19227Parte2 (Símbolos y gráficos)

Diagramas de Instrumentación

Ing. John Jairo Piñeros

Tipos de Diagramas Industriales (1) Diagrama de bloques: computo por cajas de texto unidas entre sí que indican la secuencia del proceso.. (2) Diagrama esquemático: igual que el anterior pero incluyendo algún dibujo que no sean cajas. (3) Diagrama en isométricas: muestra la disposición espacial de los equipos a escala y en representación isométrica. (4) Hoja de flujo de procesos (process flow sheet): muestra los balances de materia y energía. Las tuberías se denominan “corrientes” (“ streams ”). (5) P&ID (piping and instrument diagram): Al diagrama anterior se le añade toda la parte de instrumentación. Ahora las líneas corresponden a tuberías y se proporciona toda la información sobre las mismas: diámetro, nombre, material, fluido que transportan, aislamiento/calentamiento. (6) Isométricos: Son planos constructivos de una pequeña parte de la instalación. Sirven para indicar el trazado de las tuberías y, por tanto, construirlas físicamente. Ver este ejemplo.

Diagramas de Instrumentación

Diagrama de bloques

Ing. John Jairo Piñeros

Diagramas de Instrumentación

Diagrama esquemático

Ing. John Jairo Piñeros

Diagramas de Instrumentación

Diagrama en isométricas

Ing. John Jairo Piñeros

Diagramas de Instrumentación

Hoja de flujo de procesos

Ing. John Jairo Piñeros

Diagramas de Instrumentación

Isométricos

Ing. John Jairo Piñeros

Diagramas de Instrumentación

Típicos De Instalación

Ing. John Jairo Piñeros

Diagramas de Instrumentación

P&ID

Ing. John Jairo Piñeros

TIE-IN se define como el punto de intersección en el cual alguna nueva línea pas ará a formar de una línea existente.

Diagramas de Instrumentación

Ing. John Jairo Piñeros

Diagramas de Instrumentación y tuberías P&ID Es un diagrama que muestra la interconexión de equipos de proceso e instrumentos utilizados para controlar el proceso. En inglés: P&ID (Pipingand Instruments Drawings).

Los círculos representan instrumentos, que pueden ser de distintos tipos. Las letras me indican que tipo de instrumento es, su función y la variable relacionada.

Los números identifican el lazo de control.

Diagramas de Instrumentación P&ID

Ing. John Jairo Piñeros TAG (etiqueta)

Consideraciones Identificación Instrumentos (TAG): ISA 5.1 - 4.2 Functional identification pag14

P

IT

102

A

Letras Sucesivas

Número del lazo de control

sufijo

4.2.2. La identificación funcional de un instrumento se realiza de acuerdo a la función y NO de acuerdo a su construcción. Ejemplo: • •

Transmisor de presión diferencial utilizado para la medición de flujo se identifica por FT, Transmisor de presión instalado al fondo de un tanque se identifica con LT debido a que esta relacionado con la medida de Nivel

4.2.3. En un Lazo de control, la primera letra de la identificación funcional se selecciona de acuerdo a la variable medida o inicial , y no en función de la variable manipulada, Ejemplo: •

Una válvula de control cambia el flujo de acuerdo a la señal de un controlador de nivel flujo por lo cual seria una LV, no una FV

PIC 100 PY 100

PIT 100 PE

PCV100

TDAL contiene dos modificadores: la letra D cambia la variable medida T en una nueva variable "diferencial de temperatura" La letra L restringe la lectura de la función de alarma solamente a alarma de baja.

4.2.6. Si para un instrumento es necesario indicar mas funciones se debe representar con dos círculos juntos y estableciendo sus funciones, Ejemplo: •

LIC/LSL indica un controlador de nivel que indica la medida y posee un switch de nivel por bajo. LIC LSL

Variable Medida

Funciones del instrumento

Identificación funcional Identificación del lazo Max 4 letras

4.2.4. El TAG puede ser modificado con una o mas letras de acuerdo a las funciones pasivas o activas del instrumento. Ejemplo: •

Primera letra

4.3 Identificación de Lazo (loop) Un lazo de instrumentación esta constituido por un conjunto de instrumentos interconectados y relacionados con una variable de proceso de interés. La identificación del lazo implica asignarle a este un único numero • Numeración paralela: comenzar nueva secuencia

numérica para cada nueva primera letra: TIC100, LIC100, TIC101 • Numeración Serial: usar única secuencia de números independiente de la primera letra:

Diagramas de Instrumentación P&ID

Ing. John Jairo Piñeros

Designación de instrumentos.

 ANSI: American National Standard Institute.

Diagramas de Instrumentación P&ID

Ing. John Jairo Piñeros

NOMENCLATURA DE INSTRUMENTOS X YZ SIMBOLO NNNN

CODIGO QUE INDICA EL TIPO DE INSTRUMENTO CODIGO DE UBICACION DEL INSTRUMENTO (NUMERO LAZO)

La primera letra representa a la variable MEDIDA.

X LETRA  A C D E F H I J K L M N O P Q R S T V

SIGNIFICADO INGLES ESPAÑOL ANALYSIS CONDUCTIVITY DENSITY VOLTAGE FLOW HAND CURRENT POWER TIME LEVEL MOISTURE VIBRATION TORQUE PRESSURE QUANTITY RADIATION SPEED TEMPERATURE VISCOSITY

ANALISIS CONDUCTIVIDAD DENSIDAD VOLTAJE FLUJO MANUAL CORRIENTE POTENCIA TIEMPO NIVEL HUMEDAD VIBRACION TORQUE PRESION CANTIDAD RADIACION VELOCIDAD TEMPERATURA VISCOSIDAD

Las letras posteriores nos indican el tipo de medición y la función del instrumento

 YZ LETRA

SIGNIFICADO INGLES

 AL  AH  AHH  AHL C IC RC E I QI R S SH SL T IT L V CV EV SV Y

ALARM LOW ALARM HIGH ALARM HIGH HIGH ALARM, HIGH-LOW CONTROLLER BLIND CONTROLLER, INDICATING CONTROLLER, RECORDER ELEMENT INDICATOR INTEGRATOR, TOTALIZER RECORDER SWITCH SWITCH HIGH SWITCH LOW TRANSMITTER TRANSMITTER, INDICATING LIGHT CONTROL VALVE REGULATOR SOLENOID VALVE SAFETY, RELIEF VALVE RELAY

ESPAÑOL ALARMA DE BAJA ALARMA DE ALTA ALARMA DE MUY ALTA ALARMA ALTA - BAJA CONTROLADOR CIEGO CONTROLADOR INDICADOR CONTROLADOR REGISTRADOR ELEMENTO PRIMARIO INDICADOR INTEGRADOR, TOTALIZADOR REGISTRADOR INTERRUPTOR INTERRUPTOR DE ALTA INTERRUPTOR DE BAJA TRANSMISOR TRANSMISOR INDICADOR LUZ DE ESTADO VALVULA VALVULA REGULADORA VALVULA SOLENOIDE VALVULA DE SEGURIDAD O ALIVIO RELE

Diagramas de Instrumentación P&ID

Ing. John Jairo Piñeros

Designación de instrumentos.

 ANSI: American National Standard Institute.

Diagramas de Instrumentación P&ID

Ing. John Jairo Piñeros

Designación de instrumentos.

 ANSI: American National Standard Institute.

Diagramas de Instrumentación P&ID

Ing. John Jairo Piñeros

SÍMBOLOS ESTÁNDAR Descripción de cómo los círculos indican la posición de los instrumentos

Las líneas punteadas indican que el instrumento está montado en la parte posterior del panel el cual no es accesible al operador

Diagramas de Instrumentación P&ID

Ing. John Jairo Piñeros

SÍMBOLOS ESTÁNDAR – funciones adicionales FUNCIONES SIMPLES

FUNCIONES MULTIPLES

Montado localmente o en el campo

Montado localmente o en el campo

Montado detrás del tablero de control

Montado detrás del tablero de control

Montado en el panel de control

Montado en el panel de control

EJEMPLO Ejemplo: si FIT incluye un modulo de comunicación adicional,

FRC 102

5

Montado en el panel de control Nº 5

Se incluye el segundo círculo para indicar la función

Diagramas de Instrumentación P&ID

Líneas de instrumentación

Ing. John Jairo Piñeros

Diagramas de Instrumentación P&ID

Ing. John Jairo Piñeros

Ejemplo: Lazo de control de Flujo Controlador

Panel Señal Eléctrica 4-20mA

FUENTE AIRE 80 PSI Posicionador Convertidor Corriente a presión Señal neumática 3-15 PSI Conexión a proceso

Tubería

Transmisor SENSOR Elemento primario

Válvula de control Con posicionador

La válvula

de control

se nombra de acuerdo con la

variable medida

y NO la controlada

Diagramas de Instrumentación P&ID

Ing. John Jairo Piñeros

CLASIFICACION DE INSTRUMENTOS DE MEDIDA ATENDIENDO  AL TIPO DE SEÑAL GENERADA: TIPO DE SEÑAL GENERADA No genera señal

Genera señal digital todo - nada

Genera señal analógica continua

INDICADOR

INTERRUPTOR

TRANSMISOR

TEMPERATURA

TERMOMETRO (TI)

TERMOSTATO (TS)

TRANSMISOR DE TEMPERATURA  (TT)

PRESION

MANOMETRO (PI)

PRESOSTATO (PS)

TRANSMISOR DE PRESION (PT)

CAUDAL

INDICADORES DE CAUDAL (FI)

INTERRUPTOR DE CAUDAL (FS)

TRANSMISOR DE CAUDAL (FT)

NIVEL

INDICADOR DE NIVEL (LI)

INTERRUPTOR DE NIVEL (LS)

TRANSMISOR DE NIVEL (LT)

VARIABLE MEDIDA

Diagramas de Instrumentación P&ID

Ejemplo instrumentos TI

PI

Ing. John Jairo Piñeros

Diagramas de Instrumentación P&ID

Ejemplo instrumentos

Ing. John Jairo Piñeros

Diagramas de Instrumentación P&ID

Ing. John Jairo Piñeros

Diagramas de Instrumentación P&ID

Ejemplo instrumentos

Ing. John Jairo Piñeros

Diagramas de Instrumentación P&ID

Ejemplo instrumentos Cuando los transmisores no estén instalados en cabeza del equipo, se puede indicar en la representación del diagrama. Por ejemplo podría estar en el armario de control o en una caja local próxima al sensor (Como en el siguiente dibujo).

los “transmisores de caudal” se pueden

representar en los P&ID codificando solo el transmisor o codificando el transmisor y el elemento primario de medida (sensor).

Ing. John Jairo Piñeros

Diagramas de Instrumentación P&ID

Ing. John Jairo Piñeros

Ejemplo instrumentos La representación en los P&ID de los “transmisores de caudal”, presenta muchas

peculiaridades, esto es debido a la gran diversidad de tecnologías que se suelen usar.

Diagramas de Instrumentación P&ID

Ejemplo instrumentos La designación PSV se aplica a todas las válvulas proyectadas para proteger contra condiciones de emergencia de presión sin tener en cuenta las características de la válvula y la forma de trabajo la colocan en la categoría de válvula de seguridad, válvula de alivio o válvula de seguridad de alivio. una válvula autorreguladora de presión que regula la presión de salida de un sistema mediante el alivio o escape de fluido al exterior, debe ser PCV, pero si esta misma válvula se emplea contra condiciones de emergencia, se designa PSV

Cada válvula se puede representar de diferentes formas y aún así se representaría el mismo equipo, por ejemplo: Una válvula de control podría representar con o sin posicionador.

Ing. John Jairo Piñeros Grupos de válvulas:

Diagramas de Instrumentación P&ID

Ejemplo instrumentos Podemos encontrarnos proyectos donde se representa el volante manual y otros en los que no.

La posición segura de aire en las válvulas de control neumático puede escribirse debajo, no representarse o representarse con una flecha en el vástago.

Puede representarse la posición habitual de las válvulas manuales:

Ing. John Jairo Piñeros

Diagramas de Instrumentación P&ID

Ing. John Jairo Piñeros

Ejemplo instrumentos: control válvulas FV73296: válvula ON/OFF controlada por una válvula solenoide

SV: válvula solenoide 3 vías

HS función de abrir y cerrar válvula desde el PLC (rombo)

Pulsador Doble: HS 7304 función de abrir y cerrar válvula manual AI o AS: aire instrumentos o fuente de aire FV: válvula on/off - Flujo Símbolo control por

Opcional ZSH Abierta y ZSL Cerrada para los pulsadores interruptores de fin de carrera posición abierto (ZSO) y cerrado (ZSC).

Diagramas de Instrumentación P&ID

Ing. John Jairo Piñeros

Ejemplo instrumentos: control motores o bombas CCM Cuarto control maquinas Enclavamiento lógico

XL piloto activado por los contactos eléctricos del arrancador del motor 

I Interlock (detener)

HS pulsador ON/OFF En campo XA Alarma remota (tablero) HS pulsador ON/OFF o Selector Remoto (tablero)

Diagramas de Instrumentación P&ID

Ing. John Jairo Piñeros

Ejemplo instrumentos: describir los componentes

SV variador velocidad SDV variador velocidad

Diagramas de Instrumentación P&ID

Ing. John Jairo Piñeros

Codificación de un P&ID Todos los proyectos suelen seguir más o menos las mismas pautas de codificación marcadas por la ISA La codificación aplicará a: equipos, señales, alarmas, válvulas, bandejas, armarios eléctricos, cajas, instrumentos, líneas, cables…

Diagramas de Instrumentación P&ID

Ing. John Jairo Piñeros

Codificación de líneas en un P&ID

Primera parte (Tamaño) se indica el tamaño de la tuberia “2”, representa dos pulgadas. Segunda parte (Fluido) se indica el tipo de fluido que circula por la tubería “ GI”, Representa nitrógeno. Tercera parte (Número) número consecutivo “ 45455”. Cuarta parte (Especificación de tubería) “1S5” no indicará que se trata de una tubería de: “1” --> 150# “S5” --> Material acero inoxidable. Normalmente en el documento “ pipe specification” (especificación de tuberías),

Diagramas de Instrumentación P&ID

Ing. John Jairo Piñeros

Interloks y Permisivos la lógica de control suele ser más complicada, relacionándose unos lazos con otros. Por lo que su representación en los P&ID puede hacer que los diagramas sean muy densos. Por todo esto en algunas ocasiones nos encontraremos con proyectos donde prácticamente no se representará lógica en los P&ID. En el siguiente dibujo podemos interpretar: “Hay un transmisor de caudal que

envía una señal cableada al sistema de control de la planta. El sistema de control simplemente monitorizará el valor medido”

El sistema de control además de monitorizar el valor, generará dos alarmas.

Diagramas de Instrumentación P&ID

Interloks y Permisivos

Ing. John Jairo Piñeros

Señal para PLC

Interlocks (In)= DETENER Sistema de Paro por Emergencia (ESD) o Sistema de Seguridad del Proceso o

interlock

“Interlocks ” de seguridad.

Permisivos (P)= ARRANCAR lógica funcional del SIS en el procesador lógico electrónico programable, esto es las secuencias lógicas, límites, expresiones, entre otros, que controlan las salidas, entradas, cálculos, y decisiones requeridas para alcanzar los requisitos funcionales de seguridad.

Operación (X) = ACCIONAR Ejecuta una acción determinada ante un evento del sistema.

Set point alarma

Diagramas de Instrumentación P&ID

Matriz Causa y Efecto

Ing. John Jairo Piñeros O - Abrir C - Cerrar I - Iniciar / Arrancar S - Detener P - Permitir acción INH: Inhibir acción

Diagramas de Instrumentación P&ID

Ing. John Jairo Piñeros

Diagrama de Lazo Es un diagrama que muestra todos los dispositivos en un lazo específico utilizando la simbología que identifica las interconexiones, e incluye número e identificación de conexiones, tipo de cables y tamaños, tipos de señal, etc. Campo

Cuarto de control HMI y Control

Borneras tablero Instrumento

Caja de paso Junction Box (JB)

Bornes PLC En el sistema indica la presión (PI), Genera alarmas por:  Alto (H),  Alto-alto (PAHH) y

Diagramas de Instrumentación P&ID

Diagrama de Lazo

Ing. John Jairo Piñeros

Diagramas de Instrumentación P&ID

Ing. John Jairo Piñeros

Diagrama de Lazo Temperatura

Diagramas de Instrumentación P&ID

Ing. John Jairo Piñeros

Diagramas de Instrumentación P&ID

Válvulas

Ing. John Jairo Piñeros

Diagramas de Instrumentación P&ID

Ing. John Jairo Piñeros

Diagrama de Lazo: Partes

En el punto 1 y 2 se puede observar que existe un suministro de energía eléctrica ES (electrical supply) y a su vez se indica la tensión y frecuencia del suministro. Por ultimo observando el rectángulo podemos decir que el controlador indicador de flujo FIC-101 convierte la señal eléctrica recibida a galones por minuto

Instrumentos en un sistema de control

Ing. John Jairo Piñeros

 Acciones de los elementos

La acción directa significa que cuando el controlador ve un incremento de señal desde el transmisor, su salida se incrementa. La acción reversa significa que un incremento en las señales de medición hace que la señal de salida disminuya.

Instrumentos en un sistema de control

Ing. John Jairo Piñeros

Ejemplo 1: Se quiere controlar la temperatura de un proceso con el siguiente esquema (Ingresa Vapor). Se pide determinar: a) La variable controlada b) El Agente de control c) La acción del controlador, asumiendo que el transmisor y el convertidor son de acción directa. Solución: a) La Temperatura b) El vapor  C) Inversa

Instrumentos en un sistema de control

Ing. John Jairo Piñeros

Ejemplo 2: Se quiere controlar la temperatura de un proceso con el siguiente esquema (Ingresa  Agua Fría). Se pide determinar: a) La variable controlada b) El Agente de control c) La acción del controlador, asumiendo que el transmisor es de acción directa y el convertidor es de acción inversa. Solución: a) La Temperatura b) El agua fría c) Directa

Instrumentos en un sistema de control

Ing. John Jairo Piñeros

Ejercicio 7: Determinar la acción del controlador 

Controlador ACCION INVERSA: • Entrada aumenta • Salida Disminuye

Controlador ACCION DIRECTA: • Entrada Nivel aumenta • Salida Aumenta

Instrumentos en un sistema de control

Ing. John Jairo Piñeros

Ejercicio: Completar el diagrama P&ID entregado por el docente y encontrar el error de lazo.  AS

I/P

TANQUE Entrada PRODUCTO

PROCESO

 AS

Salida producto

I/P

VAPOR

      S       A

CALDERA

Diagramas de Instrumentación P&ID

Ejemplo P&ID

Ing. John Jairo Piñeros Instrumentos • TT-301 (sensor de tª y transmisor). • TC-301 (controlador de tª). • línea interna accesible al operario (sala de control). • el setpoint no aparece selección manual. • PY-301 (convertidor de corriente a presión). • Raíz cuadrada (ofrece una salida de presión proporcional al caudal). Elementos finales • TV-301 (válvula de control de la entrada de vapor). • FV-302 (válvula de salida de reactivo). • FO-302 (lectura de caudal transduciendo a presión). • TZ-301 (actuador neumático bucle de tª). Otros símbolos • Etiqueta de válvula de control de tª (TV-301). Bucle de control • Totalmente neumático. • FT-302 (transmisor de presión a presión normalizada). • FC-302 (controlador de flujo, localizado en campo). • FR-302 (indicador de flujo, accesible al operario)

Diagramas de Instrumentación P&ID

Ejemplo P&ID

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Instrumentación Industrial

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INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 1. Introducción 2. Tipos de control 3. Elementos de un sistema de control

4. Características estáticas y dinámicas de los

instrumentos 5. Diagramas de Instrumentación

Instrumentación Industrial

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CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS DE LOS INSTRUMENTOS 1. Rango

7. Sensibilidad

2.  Alcance

8. Repetición

3. Error

9. Histéresis

4. Precisión

10. Linealidad

5. Zona muerta

11. Sesgo

6. Repetibilidad

12. Condiciones de servicio

Características de instrumentos

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Rango (Range): Conjunto de valores de la variable que puede ser medido por un instrumento. Límite superior (URV) y Limite inferior (LRV). Range = LRV a URV Range = 50ºC a 150ºC Alcance (SPAN): Diferencia entre los valores superior e inferior del rango. SPAN = URV - LRV SPAN = 150ºC – 50 ºC = 100 ºC Rangueabilidad o amplitud (turndown o rangedown): es definida como el cociente entre el   MA X I MO S P A N P E R MI TI D O y   MI N I MO S P A N P E R MI TI D O para un instrumento en particular (SPAN mínimo calibrado).  =

     

Ej: Rango de calibración máximo de 0 a 300 PSI y un Rangeabilidad de 20:1. Esto significa que un instrumentista puede ajustar el SPAN en cualquier valor entre 300 PSI y 15 PSI (300/20 = 15).

Error de medida: Diferencia entre la medida producida por el instrumento y la medida ideal. (Calibración). Puede ser estático o dinámico. Vm: Valor medido Vr: Valor real

Características de instrumentos

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Exactitud (accuracy): capacidad de un instrumento de acercarse al valor de la magnitud real. La exactitud es diferente de la precisión.

EJERCICIO: Considere un instrumento que tiene las siguientes características: Rango: 200 ºC a 400 ºC Exactitud: ± 0,5% del Span. Vm: 300 ºC Calcular entre qué valores puede estar comprendido el valor real.  S olución.

Span = RS - RI = 400 ºC - 200 ºC = 200 ºC. Exactitud = ± 0,5% de 200 °C = ± 1ºC El valor real debe estar comprendido entonces entre (300 -1) y (300 +1) °C, es decir, 299 ºC < Vr < 301 ºC.

Características de instrumentos

FORMAS DE ESTIMAR LA EXACTITUD. Basada en el valor más alejado error mayor obtenido durante el proceso de calibración del instrumento, ya sea que este halla sido recorriendo la escala en sentido ascendente o descendente

Basada en la desviación promedio se calcula la desviación promedio de todas las mediciones tomadas para una misma entrada, y se expresa como la exactitud

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Características de instrumentos

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LA CLASE DE EXACTITUD • tipo de error instrumental que es reportado por el fabricante • se obtiene de la mayor separación entre el valor medido de una cantidad con el

instrumento dado y el valor obtenido con un instrumento patrón. • Si este error se multiplica por 100 y se divide por el rango de la escala del

instrumento, se obtiene la clase de exactitud del instrumento que representaremos por k los instrumentos eléctricos se clasifican de acuerdo con su número de clase k, las siguientes categorías

Vmedido Vreal  k  Span

Categoría 1. Patrón 2. Precisos Ejemplo: 3. de Laboratorio Clase 0,25% quiere decir que la exactitud es 0,25% 4. de taller 



Clase de exactitud K= 0,1 % K= 0,2 y k= 0,5 % K= 1 y k = 1,5 % K= 2,5 y k = 5 %

Características de instrumentos Resolución: es el cambio más pequeño que puede ser observado en nuestro instrumento.

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Precisión: Capacidad del instrumento para medir valores idénticos para los mismos valores de la variable física y condiciones de medida (% Alcance).

RESOLUCIÓN

PRECISIÓN

REPETIBILIDAD

 Alta

Alta

Alta

 Alta

Alta

Alta

Baja

Baja

Alta

Baja

Baja

Baja

 Alta Precisión Baja Exactitud

 Alta Precisión  Alta Exactitud

Baja Precisión Baja Exactitud

 Alta Baja •

El radio de los círculos es inversamente proporcional a la resolución.

•

El valor real a medir es el centro de la diana, por lo que la precisión aumenta cuando las medidas se aproximan a dicho punto.

•

Repetibilidad: indica la proximidad entre medidas sucesivas realizadas en iguales condiciones

La separación entre los círculos de un mismo tipo nos da idea de la Repetibilidad de la medida. En el último caso las tres medidas son muy

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FORMAS DE ESTIMAR LA PRECISIÓN Basada en los valores más alejados entre sí Se toma la máxima diferencia obtenida entre dos lecturas para la misma entrada y en el mismo sentido de variación Basada en la desviación estándar. Se calcula la desviación estándar de las lecturas con respecto a la lectura promedio, recorriendo la escala en sentido ascendente y en sentido descendente. De los dos valores de desviación estándar obtenidos, se toma el peor (el mayor)

Características de instrumentos

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Zona (banda) muerta: Rango de variación de la variable medida que no produce cambio apreciable en la salida del mismo (Es el campo de valores de la variable que no hace variar la indicación). Sensibilidad: Relación que existe entre el incremento en la señal de salida del instrumento y el de la variable física (pendiente). Histéresis: Valor máximo de la diferencia entre las medidas en sentido creciente y decreciente de la variable

Linealidad: Error máximo que se comete al aproximar la función por una línea recta.

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Ejercicio: Caso Análisis (Ver hoja impresa con Ejercicio) Se requiere instalar un transmisor de presión en un recipiente con un Rango de medida de 50 PSI a 90 PSI con una precisión de 0.1% de la amplitud, para lo cual se dispone en stock de un transmisor de presión con un las siguientes características: • ROSEMOUNT SERIE 3051T • Rango No. 3: 0 a 800PSI

•

Determinar con la ficha técnica (Resolver en grupos de 3 personas) 1. Si es posible ajustar el rango al valor deseado 2. Si la precisión del nuevo transmisor de presión se ajusta al valor solicitado (0.1% de la amplitud).

Características de instrumentos

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Solución Caso Análisis: ROSEMOUNT SERIE 3051T, Rango No. 3: 0 a 800PSI 1. Determinar si es posible ajustar el rango del transmisor al valor  deseado

Rango solicitado: 50 PSI a 90 PSI  = 90 − 50 = 40

De acuerdo con el MÍNIMO SPAN= 8 PSI si es posible ajustar el rango de 50 a 90PSI

Características de instrumentos

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Solución Caso Análisis: NO ES POSIBLE INSTALAR EL TRANSMISOR

SERIE 3051T, Rango No. 3: 0 a 800PSI Rango solicitado: 50 PSI a 90 PSI

2. La precisión del nuevo transmisor de presión se ajusta al valor solicitado?.

Precisión 3051T – Rango del 1-4

Rangeabilidad: Calculamos el SPAN para amplitud menor a 10 

  =

  10

=

800 10

= 

URL (Upper Range Limit)

Precisión para amplitud mayor a 80PSI   = ±0,065% ∗ 800 = ,  

La amplitud del nuevo rango es de 40PSI, la cual es menor de 80PSI, por lo tanto, se aplica la formula para amplitudes 10:1   = ± 0,0075

800 800

800 =  

 Al disminuir el rango se ve afectada la precisión, la cual es mayor a la solicitada (0,1% de la amplitud) Precisión = 0,1%*800 = 0.8

Características de instrumentos

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Calibración: La relación entre la variable física medida de entrada y la señal variable de salida para un sensor específico Para un instrumento de respuesta lineal la formula sería: y=mx+b   =   ∗

 

+ 4

Para un instrumento de respuesta cuadrática la formula sería:  =

% ∗

 %

+ 4

O teniendo en cuenta que el valor de √Span %MED = √100=10 es un valor constante, se podría decir que:  = • •

SAL: SALIDA (4 a 20 mA) MED: MEDIDA (valor medido)

 % ∗   + 4 10 % SE DETERMINA POR REGLA DE TRES

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Ejercicio: Si tenemos un transmisor de temperatura con un rango de 0 a 100 C que tiene °

una salida de 4 a 20 mA. Cuando este transmisor muestra en el PLC una medición de 40 C, a qué valor de mA corresponde en su salida. °

Solución:   =    ∗

  = 40° ∗

16 100°

 

+ 4

 + 4

  = 10,4 

Ver demostración con fluke y

Características de instrumentos

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Ejercicio: Si tenemos un transmisor de presión diferencial de un rango de 0 a 200mbar , que tiene una salida de 4 a 20 mA con extracción de raíz cuadrada (Respuesta no lineal). Cuando este transmisor muestra en su display una medición de

150mbar ¿a qué valor de mA corresponde en su salida?. Solución:  =

 % ∗   + 4 10

Para encontrar el % debemos aplicar la siguiente regla de tres. 200 mbar ……………………..100% %  = 75% 150mBar ………………………%  =

16 75 ∗   + 4 10

  = 17,85 

Instrumentación Industrial

Algunas definiciones de instrumentación

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Características de instrumentos

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Características dinámicas Instrumentos Las características dinámicas de un instrumento se refieren al comportamiento del mismo cuando la entrada o variable medida, está cambiando en el tiempo.

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Ejercicio: lectura ficha técnica RESOLVER EL EJERCICIO: CONCEPTOS GENERALES 1. Verificar los datos

Modelo: FOXBORO IGP10-T22C1E

técnicos de un transmisor de presión. Utilizar el Límites de Alcance (Span Limits): _____ y ____ psig catálogo del fabricante para obtener los Salida (Output):_____ a______mA siguientes datos. Alcance (Span):________ psig Rango (Range):____________ psig Rangeabilidad:___:____ o_____ % span Exactitud (Accuracy):+/-_______ %span Protocolo de Comunicación y Tipo de Salida:_______

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Solución ejercicio No. 6: lectura ficha técnica transmisor de presión Modelo: FOXBORO IGP10-T22C1E

Límites de Alcance (Span Limits): 1 y 30 psi • Rango : 0 a 30 psi •  Alcance (SPAN): 30 psi •

 =

     

=

30 1

= 30

•

Rangeabilidad: 30:1

Para expresarlo en % span, se establece un a regla de tres simple: 30 psig___100% X= 3,3% SPAN 1 psig____ X •

Exactitud (Accuracy):+/- 0,07% Span

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