introducción a instrumentación y control
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7/28/2019 Introduccin a instrumentacin y control
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Temario
- Introduccin a la Instrumentacin
- Calibracin de instrumentos
- Medidas de presin
- Medidas de temperatura
- Medidas de nivel
- Medidas de caudal
- Transductores LVDT
- Posicionadores inteligentes
- Vlvulas de control
- Control PID
- Modos de control
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Objetivos
- Familiarizarse con la terminologa y simbologa usada eninstrumentacin
- Conocer los principios de funcionamiento de sensores y transmisores
- Realizar el conexionado y montaje de instrumentos
- Estudiar la calibracin general de los instrumentos. Ajustes deinstrumentos especficos
- Estudiar el comportamiento de un lazo de control.
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Introduccin
INSTRUMENTACIN: abarca
Medir
Transmitir (4-20 mA) Indicar y registrar
Controlar o regular
variables de proceso
CONTROL
Objetivo: Mantener una variable en un valor deseado (cte o variable)
- Comparar con valor deseado (Consigna) desviacin- Corregir
Componentes:
- Unidad de medida
- Unidad de control
- Elemento final de control
- Proceso
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Ejemplo de control
Proceso
Elemento final de control
Unidad de controlUnidad de medida
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Elementos que intervienen en un lazo de control
Elementos (terminologa)
Sensor, detector, transductor: elemento que capta la medida (p.ej Pt-100)
Medidores locales: medida inmediata y local (p.ej manmetro)
Transmisores: transforman en seal elctrica o neumtica para transmitirla
Receptores: indicadores, registradores (PLCs SCADA) Convertidores: convierten entre tipos distintos de seales
Reguladores o controladores
Elementos finales de control: vlvulas de control
Operacionales: sumadores, restadores, extractores de raz cuadrada, etc (hoyen da son parte del control distribuido)
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Lazo de control abierto
Ejemplo regulacin temperatura habitacin con programador
No vale para nada, ya que no reacciona ante perturbaciones
Controlador Proceso Medidor Transmisor
IndicadorRegistrador
ValorDeseado
Lazo abierto de control
perturbaciones
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Lazo de control cerrado
El regulador recibe informacin de la variable (V. controlada)
Compara valor deseado con valor medidoGenera seal correctora a elemento final en funcin de la desviacin
Elemento final acta sobre agente regulador (v. manipulada) y ste sobre proceso
Lazo cerrado de control
VARIABLE
MANIPULADA
Transmisor
Proceso
Regulador
VARIABLE A
CONTROLAR
MEDIDA
SALIDA
ELEMENTO FINAL
DE CONTROL
ACCI NCORRECTORA
SE ALINFORMACIN
PUNTO DECONSIGNA
controles manuales y
controles automticos
cambios de carga y perturbaciones
Lazo cerrado: funciona con ladiferencia entre lo deseado y lomedido (error)
ERROR= MEDIDA CONSIGNA
Tenemos FEEDBACK = realimentacin
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Instrumentos segn su funcin
DETECTORES
Seal todo/nada
Presostatos, termostatos, interruptores de nivel, etc
SENSORES ELEMENTOS PRIMARIOS
termopares, Pt100, placas de orificio, etc
INDICADORES Y REGISTRADORESreciben seal elctrica (I V) o neumtica (P)
TRANSMISORES
integran sensor, transductor y transmisor
generan seal de salida normalizada (I P)
seal apta para enviar a distancia
electrnicos: 4-20 mA, alimentacin 24 V
neumticos: 3-15 psi, alimentacin 20 psi
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Instrumentos segn su funcin
ELEMENTOS FINALES DE CONTROLVlvulas de control, variadores de velocidad, etc
Actuadores neumticos (servomotores)
reciben seal neumtica (de posicionador)
diafragma y muelle
aire para cerrar/ aire para abrir
Posicionadores
reciben seal neumtica 3-15 psi (o elctrica) + aire alimentacin (20 psi)
reciben posicin de vlvula (realimentacin mecnica)
dan salida neumtica al actuador para regular su posicin
Vlvula de control
obturador unido a vstago, unido a servomotor
Convertidores I/P
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Instrumentos segn su funcin
CONTROLADORES Y ESTACIONES
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Simbologa
Identificacin de instrumento (variable y funcin) + identificacin del lazo
1 letra = Variable de proceso
posible modificador (PD, FQ)
P: presin D: densidad I: corrienteF: caudal (flow) V: viscosidad A: anlisis
L: nivel (level) S: velocidad(speed) X: sin clasificar
T: temperatura W: Peso (weight) Z: posicin
I: indicador G: vidrio cristal (glass)
L: luz piloto E: elemento primario
R: registrador O: orificio
2 letra: tipo de lectura
En instrumentacin se utilizan mucho los P&ID (Piping & Instrumentation Diagrams:
Diagramas de Instrumentacin y tuberas).
Se usa la Norma ISA (Sociedad Americana de Instrumentacin) aceptada a nivel mundial
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Simbologa
3 letra: funcin adicionalC: controlador S: interruptor T: transmisor
Y: rel computador V: vlvula K: estacin
4 letra: modificadores
H: alto L: bajo (low)
Ejemplos
TRC - 2A : controlador de temperatura con registrador, del lazo 2, el elemento A.
LIT - 23B: transmisor con indicador de nivel del lazo 23, elemento B.
PCV - 4A : vlvula controladora de presin, del lazo 4, elemento A.
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Simbologa: lneas y alimentaciones
ALIMENTACIONES
AS: alimentacin aire (Air Supply)
ES: alimentacin elctrica (Electric Supply)
HS : alimentacin hidrulica (Hydraulic Supply)
SS: alimentacin vapor (Steam supply)
WS: alimentacin agua (Water supply)
CONEXIN A PROCESOS, ALIMENTACIN
SEAL NEUMTICA
SEAL HIDRULICA
SEAL ELCTRICA
SEAL ELECTROMAGNTICA
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Simbologa: generales y vlvulas
GENERALES
VLVULAS
Instrumentos para una variable
Instrumentos para varias variables
Local
Local Tras panel
Tras panelEn panel
En panel
Globo o compuertaEn ngulo
Mariposa
De bola Tres Vas Cuatro Vas
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Simbologa: actuadores
ACTUACIN EN CASO DE FALLO
ACTUADORES
S
Diafragmacon muelle
Diafragma con muelleposicionador yvlvula piloto
Diafragma
con muelle y
posicionador
Motor rotativoManual
Electrohidrulico
Para vlvula de alivio
o seguridad
Por pistn
M
EH
FO FC
FI
FL
FO
A
C
B
Abre en fallo Cierra en fallo Bloquea en fallo
Abre en fallo
Va A-C
Posicin intermedia
en fallo
i b l l i i
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Simbologa: elementos primarios
ACTUACIN EN CASO DE FALLO
ELEMENTOS PRIMARIOS
FE FE
FI
FE
FC
FE
FQI29
69
24
24
27
72
214
Placas de orificio
Con tomas en brida Con tomas en tubera
Tubo Pitot
Rotmetro
Sensor conectado acontrolador de caudal
Totalizador indicadorde caudal
PIPI
143142
Manmetro con selloManmetro
LG396
LI247
Nivel de cristalIndicador de nivel
de flotador
TI142
Termmetro
TI142
Termoparbimetlicoo de vidrio
TE
Si b l l i i
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Simbologa: elementos primarios
EJEMPLOS (CONTROL CAUDAL)
PI
FRC
339
PR-339339 340
340
PR
FT
FV-340
FRC-340
HE FV
340
PT
Ej l d di
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Ejemplo de diagrama
FT 101: transmisor de caudal
conectado con seales elctricas alcontrolador indicador de caudal FIC101, tambin realiza la raz cuadradaa la seal de entrada. La salida deFIC 101 es una seal elctrica hacia
TY 101 ubicado detrs de panel. Lasalida de TY 101 es una sealneumtica, lo que convierte a TY 101en un I/P.TT 101 y TIC 101 son similares a FT101 y FIC 101 pero en lugar decaudal, ellos miden, indican ycontrolan temperatura.La salida de TIC 101 est conectadaal SP (consigna) de FIC 101 parahacer un control en cascada.
Ej l d di
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Ejemplo de diagrama
YIC TPICO:Una vlvula todo/nada controlada poruna vlvula solenoide y equipada confinales de carrera que indican posicinabierta (ZSH) y cerrada (ZSL).
Todas las entradas y salida estncableadas a un PLC que es accesiblepara el operador (rombo dentro de uncuadrado con lnea horizontal slida).
La letra 'Y' indica computador. La letra'I' indica que se tiene indicacin, y laletra 'C' significa que en estedispositivo se lleva a cabo un control.
M d t b j d l l
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Mrgenes de trabajo de las seales
ELCTRICO
4 20 mA (10-50 mA americano)
alimentacin a 24 Vcc ( 220 Vac)
fallo si 0 mA > 20 mA
NEUMTICO
3-15 psi (0.21-1.05 Kg/cm2)
alimentacin 20 psi (1.4)
fallo si 0 psi
2-10 bar % mA psi
2 0% 4 3
4 25 8 6
6 50 12 9
8 75 16 12
10 100 20 15
SEAL segura: supresin de cero a 4 mA
Inmune a interferencias (corriente)
Lineal (valor medido proporcional al valor real)
T i ti
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Transmisor neumtico
E l
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Escalas
RANGO: conjunto de valores entre el mximo y el mnimo de la medida
SPAN: diferencia entre valor superior e inferior de rango (URV y LRV)
ELEVACIN/SUPRESIN DE ZERO: subir/bajar el inicio de la escala
2 10bar
mA
20
4
Rango: 2-10 barSpan: 8 barElev Zer0: 2 bar
Escalas ejemplo
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Escalas: ejemplo
Ejemplo:
Rango= 0 a 5 kg
Span mn= 0,1 kg/cm2
Span Mx= 4 kg/cm2
Si quiero medir hasta 5 kg Ajustar 20mA (5 kg) y 4mA (entre 1 y 4,9 kg) Si quiero medir desde 0 kg Ajustar 4mA (0 kg) y 20mA (entre 0,1 y 4
kg)
Caractersticas de los instrumentos
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Caractersticas de los instrumentos
Precisin (accuracy):
Tolerancia de la medida. Lmite de error en condiciones normales de
servicio (deben de especificarse condiciones)
En % del alcance (manmetro 3-15 con precisin del 1% +-0.12) En unidades de la variable
En % de lectura
Para conocer un valor real, se debe de comparar el instrumento con otro
patrn 5 veces ms preciso que el anterior
Sensibilidad
Relacin entre la variacin de la lectura del instrumento y el cambio en el
proceso que causa este efecto.(Ejemplo: manmetro con banda muerta al
arranque o banda muerta al mover una vlvula)
Sensibilidad por construccin discontinua (reostato)
Caractersticas de los instrumentos
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Caractersticas de los instrumentos
Sensibilidad:
limy
xx
0
Caractersticas de los instrumentos
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Caractersticas de los instrumentos
Banda muerta
Variacin de la entrada sin que vare la salida error en el controlCausas: friccin, discontinuidad, prdidas de movimientos
Histresis
Diferencia de respuesta segn el sentido de variacin (subir/bajar)
Caractersticas de los instrumentos
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Caractersticas de los instrumentos
Repetibilidad
Capacidad para dar el mismo valor en las mismas condiciones y mismo
sentido de variacin (no incluye histresis)
Deriva
Variacin de la salida en un tiempo determinado sin variar medida ni
condiciones necesidad de calibracinDeriva trmica de cero
Ruido
Perturbacin indeseada que altera la medida
Linealidad
Curva de calibracin lineal
Caractersticas de los instrumentos
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Caractersticas de los instrumentos
Estabilidad
Capacidad para mantener comportamiento durante vida til
Temperatura de servicio
Temperaturas para que trabaje dentro de lmites de error
Vida til de servicio
Tiempo para que se mantenga dentro de tolerancias
Elevacin y supresin de zero
La instrumentacin hoy
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La instrumentacin hoy
Uso de instrumentos electrnicos inteligentes (con microprocesador)
Ajustes desde teclados, pantallas tctiles, terminales, etc
Uso de transmisin digital por buses de campo: Profibus, Modbus, etc, tanto
para medidores como para controladores, elementos finales, aparellaje
como rels y contactores, etc
Conclusiones
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Conclusiones
- Hemos definido lo que es un lazo de control, sabemos que para que hayaun control automtico, el lazo de control tiene que ser cerrado, conrealimentacin.
- La salida de los transmisores hemos visto que normalmente ser de 4 a20 mA en corriente. Seales en corriente son ms seguras e inmunes ainterferencias.
-Hemos visto cmo interpretar un P&ID mediante la simbologa con queestn representados segn normas ISA.
- Hemos visto como interpretar las hojas de caractersticas de losinstrumentos
Vlvula de control
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Vlvula de control
Posicionador de equilibrio de fuerzas
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Posicionador de equilibrio de fuerzas
Fuelle
Seal del controlador
Escape
Vlvula delpiloto del
Aire de alimentacin
Vlvula
Servomotor
Resorte
P = Punto de apoyo
posicionador
Posicionador de equilibrio de movtos
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Posicionador de equilibrio de movtos
MuelleRecorrido de la vlvuladel posicionador
Fuelle Escape a laatmsfera
Vlvula del
posicionador
Aire del controlador
Aire de alimentacin
Vlvula
Servomotor
Recorrido delobturador
Convertidores I/P
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Convertidores I/P