libro de automatización y control de procesos

T P I C O S D E I N S T R U M E N T A C I N Y C O N T R O L

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INDICE ALFABETICO A Acciones de Control, 76 Modo derivativo, 80 Modo integral, 78 Modo proporcional, 76 Actuador o Elemento primario de control, 2 Actuadores, 5,138 Elctricos, 5 Hidrulicos, 5 Neumticos, 5 Automatizacin, 188 B Banda o cinta metlica, 51 Bobina, 50 C CAD/CAM, 182 Integracin, 182 Calibracin y sintona de controladores, 85 Definicin de buen control, 87 Mtodo de sintona en malla abierta, 85 Mtodo de sintona en malla cerrada, 88 Calidad del producto, 189 Cascade control, 93 Clula flexible, 187 Cdigo de barras, 62 Caractersticas, 65 Definicin, 63 Lectores, 65 Simbologas, 63 Tcnicas de entrada de datos, 63 Coeficiente de flujo CV, 143 Computadores como controladores de celdas, 158 Comunicacin, 158

Compleja, 158 Primitiva, 158

Cono suspendido, 38 Control, 1,8,124 AC, 150 Adaptativo, 107 Adaptativo, 8 Automtico, 1 Con lmites cruzados, 126 Con realimentacin, 92 DC, 150 De agua de alimentacin, 129 De combustin de doble combustible, 127


10

De dos elementos, 130 De la combustin, 124 De la neutralizacin, 131 De lazo abierto, 91 De rango dividido, 100 De relacin, 98 De tres elementos, 130 De un elemento, 129 De velocidad de motores, 150 Difuso, 8 Directo basados en PC, 75 En calderas, 124 En cascada, 93 En paralelo, 126 En serie, 126 Control anticipatorio, 103

Mas control retroalimentado, 106 Principales aplicaciones, 105 Ventajas y desventajas, 106

Y control retroalimentado, 134 Control de calidad automatizado(CAQ), 183 Elementos constituyentes, 184 Ventajas, 184 Control numrico por computadora, 181 Ventajas, 181 Controlador, 4 Difuso, 111 Controladores, 67 Acciones de control, 76 PID, 81 Controladores de celdas, 158 Tipos, 158 Controladores lgicos programables(PLC), 67 Componentes, 71 Fabricantes, 72 Operacin, 71 Software,69 D Densidad, 65 Detector, 62 De diafragma, 38 De nivel continuo, 39 De nivel de punto continuo, 39 Infrarrojo pasivo(PIK), 62 Detectores de temperatura resistivas (RTD), 54 Desventajas, 54 Ventajas, 54 Diagramas, 19 De flujo, 19 De proceso o equipos, 19 De tuberas e instrumentacin, 21 Diseo asistido por computadora(CAD), 179 Aplicaciones, 179 Dispositivos de salida, 60


11

E Engranajes de desplazamientos positivos, 49 Estrategias de control clsico, 91 Extensmetro, 29 F Fabricacin asistida por ordenador, 177 Feedback, 92 Figuras geomtricas, 10 Crculos, 10 Cuadrados grandes, 14 Cuadrados pequeos, 12 Flexibilidad, 188 Flujometros, 45 De conveccin trmica, 46 De flujo constante de calor, 47

Trmicos, 45 G Gestin de las operaciones, 177 Gravedad especfica, 143 I Identificacin, 16 De elementos, 16 Ingeniera asistida por computadora(CAE), 184 Ingeniera automatizada de diseo, 177 Inspeccin asistida por computadora(CAI), 184 Instrumentos, 23 Basados en el desplazamiento, 34 Basados en la presin hidrosttica, 33 Basados en sistemas de ultrasonido, 36 Dispositivos elsticos, 24 Gravitacionales, 23 Micromanmetricos, 25 Para medir presin, 23 Transductores, 26 J Jerarqua de comunicacin, 156 L Lagunas de estabilizacin, 133 Lpiz ptico o Wand, 66 Lser, 66 De pistola, 66 Omnidireccional, 66 Letras, 16


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De identificacin para instrumentos, 16 Combinaciones posibles, 17 Lneas flexibles, 188 Lgica difusa en los sistemas de control, 108 Aplicacin de control difuso, 110 Conceptos bsicos, 108 Pasos a seguir en la aplicacin de este concepto, 110 Relaciones y operaciones bsicas, 109 M Magnticos, 49 Manmetro, 23 De diafragma, 25 De fuelle metlico, 25 De tubo Bourdn, 24 Inclinado, 24 Tubo en U, 23 Manufactura asistida por computadoras(CAM), 181 Ventajas, 182 Manufactura integrada por computadora, 175 Arquitectura, 176

Beneficios Potenciales, 176 Componentes, 177

Concepto, estructura y alcances, 175 Organizacin y planificacin, 177 Principios generales para la implementacin, 177

Mquinas de control numrico(NE), 180 Medidor, 32 Capacitivo, 36 De nivel conductivo o resistivo De nivel de bscula, 40 De nivel de paso mvil, 40

De nivel de radiacin, 41 De nivel de tubo de vidrio, 32 De nivel de ultrasonido, 40 De nivel radioactivo, 37 De sonda, 32 De tipo burbujeo, 34 Magnomtrico, 33 Medidores de presin, 22 Clasificacin, 22 Mtodo, 88 De las oscilaciones amortiguadas, 90 Del perodo lmite, 88

Para ahorrar combustible, 128 Microcontroladores, 74 Micromanmetro de Betz, 25 Motores, 147 Consideraciones de aplicacin, 148

De pasos, 151 Variadores ajustables de valor, 149 Motorreductores, 147


13

N Nivel, 157 De rea, 159 De celda, 157 De dispositivo, 157 De Host, 159 O Open Loop Control, 91 Opticos, 50 Override Control, 101 P Paletas, 39,49 Rotativas, 39 Pirmetros, 56 De radiacin, 56 De radiacin total, 57 Opticos, 56 Placa orificio, 42 PLC's como controladores de celda, 158 Proceso, 5 Caractersticas dinmicas de las variables de proceso, 5 Respuesta de los proceso frente a una perturbacin, 5 Productividad, 188 Protocolos abiertos, 76 Prueba asistida por computadora(CAT), 184 R Ratio Control, 98 Redes industriales, 163 Beneficios, 163 Redes neuronales artificiales, 8, 118

Aplicaciones, 122 Diseo, 118

Tipos, 119 Reductores de velocidades, 147 De eje paralelo, 148 De gusano, 147 Reglas difusas, 112 Aplicacin, 113 Zieger Nichols, 82 Rels, 151 Aplicaciones, 153 Clasificacin, 152 De contacto con mercurio, 153 De estado slido(SSR), 152 De proteccin de motores, 153 Electromgneticos(EMR), 152 Industriales, 153 Miniatura, 153 Telefnicos, 153


14

Robot, 170 Caractersticas, 170 Programacin y Control, 171 Tipos, 173

Robtica Industrial, 165 Campos de aplicacin, 168 Concepto, 165 Estructura, 169 Historia, 165 Rotametro, 48 Principios de funcionamiento, 48 S Semiconductor de efecto Hall, 50 Sensor, 3 De contacto o no contacto, 3 Digital o Analgico, 4 O elemento primario de medicin, 3 Sensores, 22 Basados en caractersticas elctricas, 35 Basados en la emisin de rayos Gamma, 37 De barrera, 59 De difusin, 59 De flotador, 32 De flujo ultrasnico, 45 De flujo, 41 De ionizacin qumica, 31 De medida directa, 32 De nivel continuo, 31 De nivel de slidos, 38 De nivel para lquidos, 31 De nivel para slidos, 31 De nivel, 31 De presencia, 58 De presin, 22 De punto fijo, 31 De reflexin, 59 De temperatura, 50 Inductivos, 59 Magntico de flujo, 44 Magnticos o Pick Up, 60 Opticos, 59 Tipo desplazamiento, 49 Seal Neumtica, 7 Seal Hidrulica, 7 Seales, 6

Analgicos, 6 De sonido, 7 Digitales, 6 Simbolismo, 10 De funciones, 15 De instrumentos, 15 De seales, 14 Sistema inteligente de almacenes, 177 Sistemas de control, 1,7


15

Automtico, 7 Clsico, 7 De lazo abierto, 7 De lazo cerrado, 8 Elementos, 1 Moderno, 8 Herramientas de comunicacin, 9 Distribuido (DSC), 72 Sistemas de fabricacin, 185

Caractersticas generales, 188 Componentes, 189 Configuracin, 187 Definiciones, 186

Flexible, 185 Necesidad, 191

Sistemas de seguridad, 131 Sistemas difusos, 118 Hardware y software, 118 Sistemas Scada, 160 Elementos y arquitectura, 161 Ventajas, 163 Software, 73 De control, 75 Para DCS, 73 Split-Range control, 100 Switches, 154 Aplicaciones, 154 T Taller flexible, 188 Tanques de tratamiento en serie, 134 Termistores, 54 Termocupla, 52 Clasificacin, 53 Principios de funcionamiento, 52 Termmetros de vidrio, 50 Transductores de temperatura basados en semiconductores, 55

Capacitivos, 28 Circuitos integrados, 56

De inductancia variable, 28 De reluctancia variable, 28 Diodos semiconductores, 55 Magnticos, 27

Piezoelctricos, 30 Resistencias semiconductoras volumtricas, 55 Resistivos, 26 Turbina con flujo axial, 49 U Unix y NT, 74 Uso de diversas vlvulas de control, 134

V Vlvula de control, 136

Actuadores, 138


16

Cada de presin a travs de, 143 Caudal, 144 Condiciones de operacin, 144 Criterios de seleccin, 142, 144, 146 Cuerpo, 137 Materiales de construccin, 139 Posicionales, 141

Variable, 3 Controlada, 3 Manipulada, 3 Medida, 3 Perturbadora, 3 Varilla flexible, 39 Ventur, 42 Vortez, 43

Caractersticas principales, 43 Principios de funcionamiento, 43


17

CCCaaappp tttuuulllooo 1

INTRODUCCIN

A lo largo de la historia el hombre se ha sentido fascinado por maquinarias y dispositivos capaces de imitar las funciones y

movimiento de los seres vivos.

En la era contempornea la produccin industrial se ha caracterizado principalmente por la optimizacin de los procesos

empleando avances tecnolgicos de la comunicacin y el control a fin de lograr productos a bajo costo, alta calidad capaces de

cumplir con los estndares exigidos por el mercado.

Las diversas formas de automatizar los procesos y servicios se realizan a travs del uso de sensores, controladores y

actuadores facilitando la produccin y minimizando los recursos humanos.

La tecnologa actual permite supervisar y controlar diversas industrias del tipo productivo o manufacturero en tiempo real.

En nuestro pas el control y la automatizacin a travs de la electrnica han experimentado un cambio importante en la mayora

de las industrias, para ampliar y mantener su posicin en los respectivos campos de accin.

1.1 CONTROL AUTOMTICO

Se entiende por control automtico, el mantener estable una variable de proceso mediante un dispositivo, por lo general electrnico, cuyo valor deseado est almacenado en la memoria de ste y al recibir la seal de la variable controlada realiza los clculos y estima la accin sobre la variable manipulada, corrigiendo y estabilizando el sistema de control.

Este dispositivo elctrico conocido como controlador, se encuentra en el mercado bajo la denominacin de PLC (Controlador Lgico Programable), controlador de lazo digital (microcontrolador) y PC (computadora personal).

1.2 SISTEMAS DE CONTROL

Para mostrar de una manera ms fcil un sistema de control (figura 1.1) se tomar como ejemplo un proceso tpico de intercambio de calor.

BULBO

TERMOMETRO

INDICADOR

SALIDA DE

AGUA CALIENTE

ENTRADA DE

AGUA FRIA

VALVULA

DE VAPOR

ENTRADA

DE VAPOR


18

Figura 1.1 Intercambiador de Calor a ser controlado

Si el Intercambiador de Calor (proceso), fuese manejado solamente por un hombre; sera

como se detalla en la figura 1.2.

Figura 1.2. - Representacin del control del intercambiador por una persona

Analizamos el control manual de la figura 1.2, donde el operador mide la temperatura de

salida, compara el valor deseado, calcula cuanto ms abrir la vlvula de vapor, y hace las correcciones correspondientes; as las funciones bsicas del control manual realizado por un ser humano son:

- Medir - Comparar - Calcular - Corregir

Luego los fundamentos de un sistema de control automtico deben de provenir de las funciones bsicas del control manual realizadas por un ser humano.

1.3 ELEMENTOS DEL SISTEMA DE CONTROL

Un sistema de control automtico simple generalmente debe contar con los siguientes elementos: sensor, proceso, controlador y actuador, ver figura 1.3.

ENTRADA DEAGUA FRIA

Lazo de Control

sensor

accincorrectora

proceso

computa

comparacontrolador

ENTRADADE VAPOR

SALIDA DEAGUA CALIENTE

PROCESO

SENSOR ELEMENTO DE

MEDICIN

SALIDAENTRADA

DETECTOR DE ERRORO CONTROLADOR PERTURBACIN

SET POINT

VALOR DEREFERENCIA

ERROR

VARIABLEMEDIDA

VARIABLEMANIPULADA

VARIABLEPERTUBARADORA

VARIABLECONTROLADA

ACTUADOR ELEMENTOFINAL DECONTROL


19

Figura 1.3. - Diagrama de Bloques General de un control Automtico

a. Variable Controlada

Es el parmetro ms importante del proceso, debindose mantener estable (sin cambios), pues su variacin alterara las condiciones requeridas en el sistema, su monitoreo a travs de un sensor es una condicin importante para dar inicio al control.

Al analizar el ejemplo mostrado del intercambiador de calor se observa, la intencin de calentar agua a travs del vapor, para lo cual se deber tener en cuenta las diversas variable de proceso como son: los flujos de vapor y agua, las presiones de vapor y las temperaturas del agua; pero, la ms importante del sistema es la temperatura de salida del agua, por lo tanto la Variable Controlada.

b. Variable Manipulada Es el parmetro a travs del cual se debe corregir las perturbaciones del proceso,

colocndose un actuador para lograr estabilizar el sistema.

En el ejemplo del intercambiador de calor, quien proporciona mayor o menor cantidad de energa al sistema es el ingreso de vapor, por lo tanto la variable a manipular ser el flujo de ingreso de vapor.

c. Variable Perturbadora

Es el parmetro desestabilizacin del sistema por cambios repentinos afectando el proceso.

En el ejemplo, la variable perturbadora sera el flujo de entrada de agua fra, si por una baja de tensin se altera el funcionamiento de la bomba de suministro de agua, provocara un menor ingreso de flujo al proceso originando la desestabilizacin del sistema.

d. Variable Medida

Es todo parmetro del proceso requerido para conocer su valor, por lo tanto deber ser monitoreado; no siendo necesariamente la mas importante para controlar el sistema, pero si para mantener un registro de data.

1.3.1 Sensor Elemento Primario de Medicin

Los sensores son los elementos primarios de medicin de variables del proceso, siendo algunos usados para

lectura e indicacin y otros para transformar la variable medida en una seal elctrica, los ms usados en la industria

son los de nivel, de presin, de temperatura, de flujo, de proximidad entre otros.

Esta seal va hacia la entrada del controlador para ser comparada con el valor de referencia o set point determinando el error y la accin de control. 1.3.1.1 Tipos de Sensores: a. De Contacto o No Contacto


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Los sensores pueden ser clasificados de diversas maneras, una forma comn y simple es dividir los sensores en dos categoras: de contacto o no contacto. Los sensores de contacto realizan la medida contacto fsico con el producto; por ejemplo los sensores de boyas para medir el nivel de un tanque.

Un sensor de no contacto se basa en las propiedades fsicas de los materiales para realizar su medida, son menos propensos a fallas; su uso se ve limitado por la caracterstica del material a medir o por la gran interferencia en el ambiente de instalacin, ocasionando malas lecturas. Un ejemplo de este tipo de sensor es el medidor de flujo ultrasnico. b. Digital o Analgico

Otra forma de clasificar los sensores es por el tipo de seales de salida, estas pueden ser de

tipo digital o analgico. Los sensores digitales son ms fciles de usar y trabajan como una computadora en forma binaria (unos y ceros), los sensores digitales trabajan en dos estados: encendido (on) o apagado (off). Muchas aplicaciones implican tener conocimiento de la ausencia o presencia de algo. Los sensores analgicos proporcionan medidas continuas, pudiendo ser ms utilizadas en diversos parmetros de operacin, como son: el nivel, la presin, temperatura y el flujo, caracterizndose por funcionar en un rango de 4 a 20 ma.

1.3.2 Controlador El controlador es un instrumento para detectar los desvos existentes entre el valor medido

por un sensor y el valor deseado o set point, programado por un operador; emitiendo una seal de correccin hacia el actuador como se observa en la figura 1.4.

Los controladores pueden ser del tipo: manual, neumtico digitales; as como las computadoras con tarjetas de adquisicin de datos y los PLC (Controladores Lgicos Programables).

Figura 1.4. - Control Automtico de nivel sencillo

1.3.3 Actuador Elemento Final de Control

Vlvula Neumtica

Actuador

Controlador

TransductorSensor

Seal Elctrica Seal Elctrica

Seal Neumtica

PROCESO


21

Los actuadores son los elementos finales de control, tienen por funcin alterar el valor de la

variable manipulada con el fin de corregir o limitar la desviacin del valor controlado, respecto al valor deseado. Los fabricantes actualmente proveen una serie de actuadores como: motores, vlvulas, rels, y swicthes. A continuacin describiremos los actuadores ms importantes:


22

1.3.3.1 Actuadores Elctricos

Son usados en la industria y en aplicaciones comerciales para posicionar dispositivos de movimientos lineal o

rotacional. Tales como swicthes, rels, motores y otros.

1.3.3.2 Actuadores Neumticos

Aceptan seales de presin pequeas, desde los posicionadores neumticos y mediante un diafragma, convierten

estas seales en movimientos mecnicos.

1.3.3.3 Actuadores Hidrulicos Los actuadores hidrulicos operan en forma similar a los posicionadores neumticos, pero

con una mayor fuerza de accin, para ser usados en compuertas, gras, elevadores y otros.

1.3.4 Proceso

El trmino proceso, para los fines de control significa el equipo a automatizar en donde se estabiliza la variable de control, a travs de los sensores, actuadores y controladores.

1.3.4.1 Caractersticas Dinmicas de las Variables de Proceso

Es necesario conocer las caractersticas dinmicas de las variables de un proceso para

conocer las perturbaciones desestabilizar el equipo.

a. Inercia

Propiedad de los cuerpos tendientes a no variar del estado estacionario sin la intervencin de una fuerza extraa; por ejemplo algunos sistemas de flujo de fluidos en los cuales la masa puede ser acelerada.

b. Resistencia y Capacidad

Las partes del proceso tendientes ha almacenar masa o energa son denominadas capacidad y las partes con cualidades de resistir la transferencia de energa o masa son denominadas resistencia. c. Atraso de Transporte

Otro factor importante para la dinmica de procesos incluye el movimiento de masas entre dos puntos y es denominado atraso de transporte o tiempo muerto.

1.3.4.2 Respuesta de los procesos frente a una perturbacin

Las respuestas de un proceso a una determinada perturbacin estn casi siempre

caracterizadas por dos constantes: una constante de tiempo () y una ganancia esttica. La ganancia es la amplificacin o atenuacin de la perturbacin en el interior del proceso y no tiene interferencia con las caractersticas de tiempo de respuesta.


23

t1

tiempot2

t3

Amplitud

1

(t)

( )

La constante de tiempo, es la medida necesaria para ajustar un sistema de una perturbacin en la entrada y puede ser expresada como producto:

= resistencia x capacidad

1.4 SEALES

Una seal se define como una cantidad fsica variando con el tiempo, el espacio o cualquier otra variable independiente.

1.4.1 Seales Elctricas

Las seales elctricas pueden representar su informacin clasificndolas en:

- Seales Analgicas - Seales Digitales.

Los equipos para medir las seales analgicas y digitales pueden ser:

- Los polmetros, miden tensiones (corrientes).

- Las impedancias, miden resistencias (capacidades), y - Las sondas lgicas, indican si se encuentra en el nivel (0 1).

1.4.1.1 Seales Analgicas

Tambin denominada seal en tiempo continuo, se caracteriza por tomar cualquier valor dentro de unos determinados mrgenes y llevar la informacin en su amplitud. Las seales analgicas se muestran en la figura 1.5.

Figura 1.5. - Seal Analgica variable

1.4.1.2 Seales Digitales

Estas seales toman un nmero finito de niveles o estados entre un mximo y un mnimo, las mas utilizadas son las binarias, teniendo dos niveles asignados a los nmeros binarios 0 y 1. Las seales digitales se muestran a continuacin en la figura 1.6.

0

0 t1

3

2

-

-2

-3

tiempo (t)

am

plit

ud (

)

t2

t3

t4

t5


24

Figura 1.6.- Seal Digital


25

1.4.2 Seal Neumtica

Se define como la variacin fsica a travs de la compresin o expansin de un fluido gaseoso generalmente el aire

en un determinado tiempo.

Su uso es en la actuacin sobre elementos finales de control como las vlvulas, pistones robots, etc.

1.4.3 Seal Hidrulica

Es la variacin de la presin de un fluido lquido como aceites de alta viscosidad con respecto

al tiempo.

Se utiliza en la actuacin de elementos finales de control donde requieran actuacin con una fuerza considerable, como por ejemplo, compuertas, robots, pistones, etc. 1.4.4 Seales de Sonido

Es el movimiento vibratorio de los cuerpos en una frecuencia determinada generando una onda al desplazarse a

travs de un fluido. Su aplicacin es en la transmisin de informacin a alarmas, etc.

1.5 SISTEMAS DE CONTROL AUTOMTICO

El objetivo de cualquier estrategia de control es mantener una variable llamada controlada prxima a un valor deseado conocido como punto de ajuste set-point.

El trmino regularizacin es usado para describir la accin de control de agentes de

perturbacin del estado de equilibrio de la variable controlada. Un sistema de control, solamente puede llegar a la regulacin, aplicando en oposicin a las

fuerzas perturbadoras llamadas cargas, correcciones equivalentes en una o ms variables denominada manipuladas. La variable controlada permanecer estable, en el proceso mientras se encuentre en estado estacionario. Este equilibrio puede ser alcanzado usualmente por distintos sistemas de control clsico o moderno. 1.5.1 Sistemas de Control Clsico

1.5.1.1 Sistemas de Control de Lazo Abierto

Se denominan sistemas de control de lazo abierto cuando la salida no tiene efecto sobre la accin de control, es decir no se compara la salida con la entrada de referencia. Por lo tanto, para cada entrada de referencia corresponde una condicin de operacin fija. As, la precisin del sistema depende de la calibracin y del operador cuya funcin ser la del controlador.

En presencia de perturbaciones, un sistema de control de lazo abierto no cumple su funcin

asignada, por no tener una forma de conocer el resultado del control efectuado o salida del proceso. En la prctica el control de lazo abierto slo se utiliza si la relacin entre la entrada y la salida es conocida y si no se presentan perturbaciones tanto internas como externas significativas.

1.5.1.2 Sistema de Control de Lazo Cerrado


26

Se denomina sistema de control de lazo cerrado cuando frente a presencia de perturbaciones, tiende a reducir la

diferencia entre la salida del sistema y el valor deseado o set point; realizando el control de forma automtica.

1.5.2 Sistemas de Control Moderno

1.5.2.1 Control Adaptativo

Es un mtodo en el cual la respuesta de un controlador vara automticamente basado en los

cambios de las condiciones dentro del proceso y puede emplearse en diversas aplicaciones, como en el control del pH.

1.5.2.2 Control Difuso

Este control utiliza la lgica difusa a travs de conceptos de inteligencia artificial capaz de convertir una muestra de la seal real a nmeros difusos, para tratarlos segn las reglas de inferencia y las bases de datos determinados en las unidades de decisin, logrando estabilizar el sistema sin la necesidad de fijar un punto de referencia.

1.5.2.3 Redes Neuronales Artificiales

Estn diseadas para actuar como lo hace el cerebro humano conectando la red entre los elementos de la forma ms sencilla para poder ser entrenados y realizar funciones complejas en diversos campos de aplicacin.


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CCCaaappp tttuuulllooo 2

DOCUMENTACIN

DE LOS SISTEMAS DE CONTROL

Todos los diagramas de control de procesos estn compuestos de smbolos, identificaciones y lneas, para la representacin grfica de ideas, conceptos y aparatos involucrados en el proceso; a su vez, describen las funciones a desempear y las interconexiones entre ellos. Estos smbolos e identificaciones son usados para:

- Ayudar a atender el proceso. - Proporcionar informacin acerca del mismo.

2.1 HERRAMIENTAS DE COMUNICACIN

En ingeniera de procesos y trabajos de diseo, los smbolos y las identificaciones son usados como representaciones grficas de conceptos, ideas o dispositivos; as tambin como funciones.

En el rea de medicin y control se usa un conjunto estndar de smbolos para preparar esquemas de los sistemas de control de procesos. Los smbolos usados en estos diagramas estn generalmente basados en los estndares ISA (Sociedad de Instrumentos de Amrica) y ANSI (Instituto de Estndares Americano)

Los diagramas de instrumentacin y proceso (P&ID) son un ejemplo del uso de estos

estndares. Este tipo de diagramas muestra la interconexin de equipos y la instrumentacin usada en el control del proceso.

Los smbolos son representaciones abreviadas de grandes detalles requiriendo muchas veces pginas para ser descritas; apareciendo dibujos como: diagramas de flujo, de lazos de control, de instalaciones en detalle, necesitando insertarles una leyenda para poder comprenderlas.

El simbolismo e identificacin pueden representar dispositivos de mquinas y funciones, el grado de detalle de las representaciones depende del uso de los smbolos, pueden ser extremadamente simples o complejos.

El smbolo y la identificacin son herramientas grficas utilizadas para lograr captar una imagen grfica, usadas frecuentemente como un medio electrnico para clasificar documentos y mostrar la forma de instrumentar y controlar un proceso.

Al realizar una representacin documentada se debe presentar conceptos generales, dibujos ms detallados, especificaciones narrativas, esquemas y otros necesarios, para cumplir con los objetivos de las herramientas de comunicacin estandarizados segn las normas Internacionales de la Instrumental Society of America (ISA).

Finalmente el uso de estos smbolos de identificacin debe servir para comunicar conceptos de las formas ms sencilla, clara y exactamente posible.


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2.2 SIMBOLISMO La aplicacin de la instrumentacin, medicin y control de Procesos debe ser un punto importante para la

representacin por smbolos para indicar lo realizado.

El simbolismo es un proceso abstracto en el cual las caractersticas salientes de los

dispositivos o funciones son representados de forma simple por figuras geomtricas como crculos, rombos, tringulos y otros para escribir caracteres como letras y nmeros identificando la ubicacin y el tipo de instrumento a ser utilizado.

Entre los smbolos de un P&ID tenemos:

2.2.1 Figuras geomtricas Las figuras geomtricas son usadas para representar funciones de medicin y control en el

proceso, as como dispositivos y sistemas; para la cual se utilizan:

2.2.1.1 Crculos El Crculo se usa para indicar la presencia de un instrumento y como elemento descriptor;

como smbolo de un instrumento representa, el concepto de un dispositivo o funcin. En la figura 2.1a, se muestra un dispositivo indicador de Presin (PI):

Figura 2.1a.- Circulo como instrumento

Como elemento descriptor es usado para proporcionar informacin acerca de otro smbolo.

En la figura 2.1b, se muestra una vlvula para el control de Flujo (FV):

Figura 2.1b.- Crculo como identificador

La diferencia entre ambos usos est en la inclinacin de la lnea saliente del crculo y en el trazo incompleto para el caso del descriptor. El elemento descriptor suele llevar adems un cdigo proporcionando informacin adicional sobre el tipo de instrumento y el tipo de variable medida.

FV

2

PI

1


29

La localizacin del instrumento en la planta se indica dibujando:

a. Ninguna lnea para instrumentos montados en planta (o campo)

Figura 2.1c.- Instrumento en el campo

b. Una lnea slida dividiendo el crculo para instrumentos montados en paneles de salas de

control (de fcil acceso para el operador).

Figura 2.1d.- Instrumento montado en panel

c. Una lnea entrecortada dividiendo el crculo para instrumentos montados detrs de paneles o

gabinetes (de fcil acceso para el operador).

Figura 2.1e.- Instrumento montado detrs del panel

d. Una lnea slida doble dividiendo el crculo para instrumentos montados en paneles auxiliares

o secundarios.

Figura 2.1f.- Instrumento montado en panel auxiliar

PI

1

PI

1

FY

3

PI

1


30

e. Lneas entrecortadas dobles dividiendo el crculo para instrumentos montados detrs de paneles secundarios.

Figura 2.1g.- Instrumento montado detrs de panel auxiliar

En el caso de tener demasiados paneles, dificultando la interpretacin de panel principal o

panel secundario se puede usar combinaciones de letras distinguiendo los paneles unos de

otros: P1, P2,.(paneles); RI,(soportes). Sin embargo, sea cual sea el sistema de descripcin usado, se debe indicar en la leyenda del diagrama.

Figura 2.1h.- Designadores de Posicin

2.2.1.2 Cuadrados Pequeos

Uno de los primeros usos de los cuadrados pequeos es la representacin de actuadores del tipo solenoide, en este uso se prefiere dibujar el cuadrado con una letra S inscrita en l.

Figura 2.1i.- Representacin de un actuador de selenoide

Los cuadrados pequeos son tambin usados para representar actuadores de pistn dibujando para esto una

pequea T representando el pistn y lneas simples y dobles para pistones de simple y doble accin respectivamente.

Figura 2.1j.- Representacin de un actuador de pistn

FY

4

TIC

1

WIC

1

SIC

1

P1 P2 P3

s


31

Figura 2.1k.- Representacin de un actuador de pistn de doble accin

Otros actuadores, se pueden representar inscribiendo un cuadrado con la combinacin E/H

para indicar actuadores electrohidraulicos o con una X para representar actuadores no clasificados.

Figura 2.1I.- Representacin de un actuador electrohidralico

Figura 2.1II.- Representacin de un actuador no convencional

El cuadrado pequeo puede representar tambin un posicionador dibujndose al lado del

cuerpo de la vlvula.

Figura 2.1m.- Representacin de un posicionador para vlvula

Uno de los ms recientes usos para los cuadrados es la representacin de bloques de

funciones o como indicador de funcin.

Figura 2.1n.- Indicador de funcin

2.2.1.3 Cuadrados Grandes

Con la llegada del control compartido y visualizadores o pantallas mostrando datos de diversos lazos, se requera poder distinguir instrumentos independientes y aquellos cuyos componentes se encuentran repartidos en diversos gabinetes no pudiendo reconocrseles como localizados en un slo lugar.

H

E

X

FY

5


32

La solucin se encontr usando un cuadrado alrededor del smbolo del instrumento. Esto indica la funcin cumplida por varios elementos no localizados en un slo gabinete.

Figura 2.1o.- Simbolismo de control compartido

Figura 2.1p.- Simbolismo de funcin compartida

2.2.2 Simbolismo de Seales

Las lneas de unin para envo de seales o conexiones de los sistemas de control tambin

deben ser presentadas ms finas en relacin a tuberas de proceso, tal como se muestra en el cuadro 2.1.

Cuadro 2.1.- Lneas de Seales

Fuente: Instrumental Society of America (ISA)

2.2.3 Simbolismo de Funciones

El simbolismo utilizado para determinar las funciones de cada instrumento se presentan a continuacin.

PIC

2

PIC

2

Conexin de proceso o suministro

Seal Neumtica

Seal Elctrica

Tubo Capilar

Seal Indefinida

Lnea de Software

Lnea Mecnica

Seal electromagntica o de sonido

Seal Hidrulica

El smbolo de seal neumtica es usado

de esta forma cuando se trata de aire.

AS aire suministradoES Suministro elctrico

GS Suministro de Gas

HS Suministro Hidrulico

NS Suministro de NitrgenoSS Suministro de vapor

WS Suministro de agua


33

**H

**L

**HL

N FUNCIN SIMBOLO N FUNCIN SIMBOLO

1 SUMATORIA

11 FUNCIN NO

LINEAL f(x)

2 PROMEDIO n

12 FUNCIN TIEMPO f(t)

3 DIFERENCIA

13 MAYOR >

4 PROPORCIONAL K

1:12:1

14 MENOR

>

5 INTEGRAL

15 LIMITE ALTO >

6 DERIVADA d/dt

16 LIMITE BAJO

>

7 MULTIPLICACIN X

17 PROPORCIONAL

REVERSIBLE - k

8 DIVISIN

18 LIMITE DE

VELOCIDAD

9 EXTRACCIN DE

RAZ n

19 CONVERSIN */

*

10 EXPONENCIAL Xn

20 SEAL DEL MONITOR


2.2.4 Simbolismo de Instrumentos

La representacin de los instrumentos como sensores y controladores se muestran en el

siguiente cuadro.

Cuadro 2.3.- Representacin de los Instrumentos

LOCALIZACIN PRIMARIA

NORMALMENTE ACCESIBLE PARA EL PROGRAMADOR

MONTADO EN CAMPO LOCALIZACIN AUIXILIAR

NORMALMENTE ACCESIBLE PARA EL OPERADOR

INSTRUMENTOS DISCRETOS

CONTROL MECANICO

FUNCION DE COMPUTADOR

CONTROL LGICO PROGRAMABLE


2.3 IDENTIFICACIN DE ELEMENTOS


34

La identificacin de los smbolos y elementos debe ser alfa numrica, los nmeros representan la ubicacin y establecen el lazo de identidad, y la codificacin alfabtica identifica al instrumento y a las acciones a realizar, ver figura 2.2.

Figura 2.2.- Representacin alfa-numrica

2.3.1 Letras de Identificacin para Instrumentos

Cada instrumento se identifica mediante un sistema de letras, clasificadas en cuanto a la funcin, (cuadro 2.4).

Cuadro 2.4

LETRA PRIMERA LETRA LETRA SUCESIVA

VARIABLE MEDIDA MODIFICADO FUNCIONES PASIVAS LECTURAS DE SALIDA

FUNCIONES DE SALIDA

MODIFICADAS

A Anlisis (composicin) Alarma, incluye Inter-loook

y Emergencia

B Combustin

C Conductividad, Concentracin

Regulacin (ON OFF) Control

D Densidad, Peso

Especifico Diferencial

E Voltaje Sensor

F Flujo Fraccin

G Dispositivo de visin

H Mano (accin manual) Alarma de alta

I Corriente Elctrica Indicacin (indicador)

K Tiempo Razn del cambio de

tiempo

L Nivel Luz Alarma de baja

M Humedad Intermedio

Medio

# # #

Ubicacin o posicin del

Elemento (0 - 9)

Primera Letra (A - Z)Instrumento de Medida Letras Sucesivas (A - Z)

Funciones pasivas de salida

y las posibles modificaciones


35

LETRA PRIMERA LETRA LETRA SUCESIVA

VARIABLE MEDIDA MODIFICADO FUNCIONES PASIVAS LECTURAS DE SALIDA

FUNCIONES DE SALIDA

MODIFICADAS

N Libre a eleccin Libre a eleccin

O Oroficio, restriccin

P Presin Punto de prueba

conexin

Q Cantidad Integrado, Totalizado

R Radiacin Registro

S Velocidad, Frecuencia Seguridad Interruptor

T Temperatura Transmisor

U Multivariable Multifuncin Multifuncin Multifuncin

W Peso (fuerza) Pozo

V Vibracin o Anlisis

Mecnico Valvula

X Libre a eleccin Eje X Libre a eleccin Libre a eleccin Libre a eleccin

Y Evento, Estado,

Presencia Eje Y

Rle, Computadora

Z Posicin,

Dimensionamiento Eje Z

Actuador, Manejador


2.3.2 Combinaciones Posibles de Letras para Identificacin de Instrumentos

Las combinaciones de letras para identificar instrumentos se encuentran en el cuadro 2.5

_ _ _ T P I C O S D E I N S T R U M E N T A C I N Y C O N T R O L

19

Cuadro 2.5

Priemra Letra

Variables Medidas

Controladores Dispositivos de

salida Interruptores y Dispositivos de Transmisin de Alarmas Solenoides,

Rles Elementos primarios

Punto de muestreo

Registros Indicadores Registros Indicadores

A Anlisis ARC AIC AC AR AI ASH ASL ASHL ART AIT AT AY AE AP

B Combustin BRC BIC BC BR BI BSH BSL BSHL BRT BIT BT BY BE

C Conductividad

D Densidad

E Voltaje ERC EIC EC ER EI ESH ESL ESHL ERT EIT ET EY EE

F Flujo FRC FIC FC FCV FR FI FSH FSL FSHL FRT FIT FT FY FE FP

FQ Cantidad de flujo FQRC FFIC FQR FQI FQSH FQSL FQIT FQT FQY FQE

FF Flujo Promedio FFRC FFIC FFC FFR FFI FFSH FFSL

G

H Corriente Elctrica HIC HC HS

I Tiempo IRC IIC IR II ISH ISL ISHL IRT IIT IT IY IE

J Nivel JRC JIC JR JI JSH JSL JSHL JRT JIT JT JY JE

K KRC KIC KC KCV KR KI KSH KSL KSHL KRT KIT KT KY KE

K LRC LIC LC LCV LR LI LSH LSL LSHL LRT LIT LT LY LE

M Humedad

N

O

P Presin PRC PIC PC PCV PR PI PSH PSL PSHL PRT PIT PT PY PE PP

PD Presin Diferencial PDRC PDIC PDC PDCV PDR PDI PDSH PDSL PDRT PDIT PDT PDY PDE PDP

Q Cantidad QRC QIC QR QI QSH QSL QSHL QRT QIT QT QY QE QP

R Radiacin RRC RIC RC RR RI RSH RSL RSHL RRT RIT RT RY RE

S Velocidad SRC SIC SC SCV SR SI SSH SSL SSHL SRT SIT ST SY SE TP

T Frecuencia TDRC TDIC TDC TDCV TR TI TSH TSL TSHL TRT TIT TT TY TE TDP

TD Temperatura

diferencial TDR TDI TDSH TDSL TDRT TDIT TDT TDY TDE

U Multivariable

V Vibracin Anlisis

Mecnico VR VI VSH VSL VSHL VRT VIT VT VY VE

W Peso WRC WIC WC WCV WR WI WSH WSL WSHL WRT WIT WT WY WE

WD Peso Diferencial WDRC WDIC WDC WDCV WDR WDI WDSH WDSL WDRT WDIT WDT WDY WDE

Y Evento, Estado

Presencia YIC YC YR YI YSH YSL YSHL YRT YIT YT YY YE

Z Posicin

Dimensionamiento ZRC ZCI ZC ZCV ZR ZI ZSH ZSL ZSHL ZRT ZIT ZT ZY ZE

ZD Posicin ZDRC ZDIC ZDC ZDCV ZDR ZDI ZDSH ZDSL ZDRT ZDIT ZDT ZDY ZDE

Fuente: Instrumental Society of america (ISA)

196

2.4 DIAGRAMA DE FLUJO

Los diagramas de flujo detallan las acciones multidisciplinarias mostradas durante las operaciones unitarias, del proceso y de ingeniera.

2.4.1 Diagrama de Procesos o Equipos

A continuacin se muestra los principales equipos y la forma de representarse:

Figura 2.3.- Representacin de equipos

Cicln

Columna empacada

para destilacin

Columna de

destilacin

Secador,

Adsorvedor

Secador

discontinuo

Secador de

faja

Secador de

tamborSecador

Rotatorio

Secador

rotatorio

extractor centrifugo

(liquido/liquido)

Evaporador

Circulacin, fuerza

Evaporador

Conveccin natural

197

Evaporador

Efecto multipleVibrador, protegido

Hidroprotector Filtro rotatorio Precipitador

Molino

giratorio

Molino debolas

Molino de

discos

Molino de rodillos Lavador

filtro de

bolas

Filtro prensa

Tanque

198

Figura 2.3.- Representacin de equipos

2.4.2 (P&ID) Diagrama de Tuberas e Instrumentacin

Figura 2.4.- P&ID de parte de un Proceso de Destilacin

Leyenda: FT : Transmisor de Flujo

FIC : Controlador Indicador de flujo FY : Rel de Flujo LAH: Nivel con Alarma de Alta LT : Transmisor de Nivel I/P : Corriente/Neumtico PY : Rel de presin PDI: Indicador Presin Diferencial PDC: Controlador Presin Diferencial TT : Transmisor de Temperatura TV : Vlvula de Temperatura TIC: Controlador Indicador de Temperatura Seal Capilar Seal elctrica Seal Neumtica

LAH

201

FIC

101

PDI

401

LT

201

LT

201

PDC

401

PY

401

L

H

I/P

TIC

301

TT

301

14"

TT

301

TV 301

FY

101

I/P

TV

301

FT

101

Producto

Vapor

Producto

199

Si deseas el libro completo enva un email a [email protected]

libro de automatización y control de procesos

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