p&id instrumentacion control de procesos

5/20/2018 P&ID Instrumentacion Control de Procesos

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FUNDAUDOCentro de Adiestramiento Profesional

Instrumentacin Para

Control de Procesos

FUNDAUDO


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FUNDAUDO

Centro de adiestramiento profesional

Puerto La Cruz.

Instrumentacin Para Control de ProcesosInstrumentacin Para Control de Procesos

Ing. Danilo A. Navarro GarcaNoviembre de 2001.


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Contenido

1. Introduccin.Pag.

Pag.2. Instrumentacin Bsica.

Pag.Pag.Pag.

3. Seleccin y Caractersticas de los sensores.Pag.Pag.Pag.Pag.Pag.

4. Transmisin de Seales.Pag.Pag.Pag.Pag.Pag.Pag.Pag.Pag.

5. Diagramas de Tubera e Instrumentacin P&ID.Pag.

Pag.Pag.

6. Glosario de instrumentacin.Pag.Pag.Pag.Pag.

7. Medicin de presin.Pag.Pag.Pag.

8. Medicin de Flujo.Pag.


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Cap. 1: INTRODUCCIN 11

FUNDAUDOCentro de Adiestramiento

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INSTRUMENTACINPARA CONTROL DE

PROCESOS

Diseo:Danilo A. Navarro.Noviembre, 2001

Introduccin

os sensores para la medicin de los estados de procesos y las

vlvulas que afectan los mismos son esenciales para el control

automtico de los procesos. Ya que para el control de procesos se

requiere de una adecuada instrumentacin, los ingenieros y profesionales del

rea deben conocer al menos los principios comunes de los instrumentos amencionar en esta seccin. Aqu se cubren los principios bsicos y el

funcionamiento estndar de los instrumentos disponibles comercialmente. De

aqu que se aborde la seleccin y dimensionamiento de los mismos y no as

su diseo.

Quizs el mejor consejo para los interesados en la instrumentacin es

que los instrumentos siempre estn descalibrados. Esta afirmacin no esta

dirigida a socavar la confianza de sensores y vlvulas en las distintasaplicaciones, sino que es un llamado de atencin para aquellas personas que

tienden a aceptar los instrumentos como perfectamente calibrados sin

evaluar los probables errores asociados con su uso. Dependiendo del

instrumento, de las condiciones de operacin de los procesos y de la

aplicacin misma, los errores en los instrumentos pueden ser tan pequeos

que seran insignificantes, o podran ser tan grandes que degradaran

seriamente la operacin del sistema de control. De aqu que el instrumentista

deba investigar a fondo la aplicacin para seleccionar o disear el

instrumento apropiado.

En este trabajo se asume que los instrumentos estarn bien mantenidos

y que funcionan adecuadamente, por lo que los errores estimados en la

medicin sern los menores esperados. En la prctica se pueden esperar

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Cap. 1: INTRODUCCIN 22


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errores ms grandes debido al corrimiento en la calibracin y en el

funcionamiento de los instrumentos. Cuando el efecto del severo mal

funcionamiento de los instrumentos puede ser extremamente daino, se

pueden usar instrumentos redundantes en el sistema de control a fin de

proveer de medios para el chequeo de los instrumentos principales.

El control automtico requiere de la transmisin de seales entre los

distintos elementos del lazo de control: Sensor, controlador y vlvula. Hasta

mediados del siglo veinte la transmisin de seales se lograba

esencialmente mediante enlaces mecnicos, Presin hidrulica (lquidos), o

presin neumtica (Aire). Desde la comercializacin de la electrnica de

estado slido, a finales de la dcada de los cincuenta, La transmisin de

seales ha sido implementada a travs de una seal electrnica. Esta seal

analgica ha sido estandarizada a un rango de 4-20 milliamp (mA), lo que

representa del 0 al 100 % de la variable a ser transmitida. Aunque en la

actualidad persiste el dominio de la seal electrnica, la transmisin

mediante una seal digital esta siendo cada vez ms comercializada por lo

que la misma representa el mtodo que comnmente dominar en el futuro.


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Cap. 2: INSTRUMENTACIN BSICA 66


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Instrumentacin Bsica

2.1 Instrumentos.

ara controlar una variable de proceso, debe haber informacin de la

variable en s. Esta informacin se obtiene a partir de la medicin de

la variable. Un sistema de instrumentacin es aquel que esta

formado por un conjunto de partes interconectadas que incluyen uno o ms

elementos de medicin. Elementos de medicin tales como sensores o

elementos primarios son los encargados de medir la variable a controlar.

Figura 1. Elementos principales de un lazo de control.

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PROCESO

CONTROLADOR TRANSMISOR

SENSOR

TRANSDUCTOR

ELEMENTO

FINAL DE

CONTROL

INDICADOR

REGISTRADOR

ALARMAS

RUIDO

PROCESO

CONTROLADOR TRANSMISOR

SENSOR

TRANSDUCTOR

ELEMENTO

FINAL DE

CONTROL

INDICADOR

REGISTRADOR

ALARMAS

RUIDO


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Esta figura ilustra el papel del elemento primario y del transmisor en el

contexto de los sistemas de instrumentacin. El sistema comienza en el

proceso que se muestra. El sensor produce una respuesta que representa el

valor de la variable de proceso. Un transductor, dentro del transmisor,

convierte esta respuesta a una seal estndar en instrumentacin

(Usualmente 3-15 Libras por pulgada cuadrada (psi) o 4-20 mili Amperios).

El transmisor amplifica esta seal estndar y la enva al controlador o a otros

instrumentos.

Los elementos de medicin desempean su funcin de medicin desde la

deteccin inicial hasta la indicacin final de la variable. Tres elementos son

importantes en los sistemas de medicin: El sensor, el transductor y el

transmisor.

Sensor: Elemento primario de sensado

Transductor: Cambia una seal de instrumentacin a otra seal de

instrumentacin.

Transmisor: Contiene el transductor y produce una seal de

instrumentacin amplificada y estandarizada.

Sensor: El sensor es el elemento primario de medicin y esta muy

prximo al proceso. El sensor mide la variable controlado en el proceso y

la enva en forma no estandarizada hacia el transmisor.

Transmisor: El transmisor contiene el transductor el cual convierte la

seal proveniente del sensor a una forma estndar y amplificada. Las

seales estndar ms comunes son 4-20 miliAmps o 3-15 psi. Si se estn

usando seales digitales, el transmisor convierte estas seales a un

formato digital. Si se trata de un Dispositivo inteligente , el transmisor

puede convertir las seal no estndar a ambos formatos, analgico y


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digital, antes de enviarla. Los transmisores inteligente tambin tienen la

posibilidad de superponer una seal digital sobre una analgica.

Transductor. Los transductores convierten una seal de

instrumentacin a otra, usualmente una neumtica a una electrnica(presin a corriente, abreviado como "P/I"), o una seal electrnica a una

seal neumtica (I/P). Tcnicamente, Los sensores y transmisores son

transductores ya que su funcin bsica es la de cambiar una seal por

otra. Sin embargo para evitar confusiones, el termino Transductor esta

reservado para los convertidores I/P y P/I.

2.2 Tipos de instrumentos.

Los instrumentos se pueden clasificar segn la funcin que realizan y segn

la variable de proceso que evaluarn, por lo tanto:

a) Segn la funcin, los instrumentos se agrupan en:

Instrumentos ciegos: Estos son aquellos que no tienen indicacin visible de

la variable. Hay que hacer notar que son ciegos los instrumentos de alarma,

tales como presostatos y termostatos (interruptores de presin y temperaturarespectivamente) que poseen una escala exterior con un ndice de seleccin

de la variable, ya que slo ajustan el punto de disparo del interruptor o

conmutador al cruzar la variable el valor seleccionado. Son tambin

instrumentos ciegos, los transmisores de caudal, presin, nivel y temperatura

sin indicacin.

Instrumentos indicadores: Estos disponen de un ndice y de una escala

graduada en la que puede leerse el valor de la variable. Segn la amplitud de

la escala se dividen en indicadores concntricos y excntricos. Existen

tambin indicadores digitales que muestran la variable en forma numrica

con dgitos.


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Instrumentos registradores: Estos registran con trazo continuo o a puntos

la variable, y pueden ser circulares o de grfico rectangular o alargado segn

sea la forma del grfico. Los registradores de grfico circular suelen tener el

grfico de 1 revolucin en 24 horas mientras que en los de grfico

rectangular la velocidad normal del grfico es de unos 20 mm./hora.

Elementos primarios: Ellos estn en contacto con la variable y utilizan o

absorben energa del medio controlado para dar al sistema de medicin una

indicacin en respuesta a la variacin de la variable controlada. El efecto

producido por el elemento primario puede ser un cambio de presin, fuerza,

posicin, medida elctrica, etc. Por ejemplo: en los elementos primarios de

temperatura de bulbo y capilar, el efecto es la variacin de presin del fluidoque los llena y en los de termopar se presenta una variacin de fuerza

electromotriz.

Transmisores: Estos captan la variable de proceso a travs del elemento

primario y la transmiten a distancia en forma de seal neumtica de margen

3 a 15 psi (libras por pulgada cuadrada) o electrnica de 4 a 20 mA de

corriente continua. La seal neumtica de 3 a 15 psi equivale a 0,206 - 1,033

bar (0,21 - 1,05 Kg./cm2) por lo cual, tambin se emplea la seal enunidades mtricas 0,2 a 1 bar (0,2 a 1 Kg./cm2). Asimismo, se emplean

seales electrnicas de 1 a 5 VDC, de 10 a 50 mA c.c. y de O a 20 mA c.c.,

la seal normalizada es de 4-20 mA c.c. La seal digital utilizada en algunos

transmisores inteligentes es apta directamente para ordenador. El elemento

primario puede formar o no parte integral del transmisor; el primer caso lo

constituye un transmisor de temperatura de bulbo y capilar y el segundo un

transmisor de caudal con la placa orificio como elemento primario.

Transductores: Estos reciben una seal de entrada funcin de una o ms

cantidades fsicas y la convierten modificada o no a una seal de salida. Son

transductores, un rel, un elemento primario, un transmisor, un convertidor


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PP/I (presin de proceso a intensidad), un convertidor PP/P (presin de

proceso a seal neumtica), etc.

Convertidores: Estos son aparatos que reciben una seal de entrada

neumtica (3-15 psi) o electrnica (4-20 mA c.c.) procedente de un

instrumento y despus de modificarla envan la resultante en forma de seal

de salida estndar. Ejemplo: un convertidor P/I (seal de entrada neumtica

a seal de salida electrnica, un convertidor I/P (seal de entrada elctrica a

seal de salida neumtica). Este ltimo trmino es general y no debe

aplicarse a un aparato que convierta una seal de instrumentos.

Receptores: Estos reciben las seales procedentes de los transmisores y lasindican o registran. Los receptores controladores envan otra seal de salida

normalizada a los valores ya indicados 3-15 psi en seal neumtica, o 4-20

mA c.c. en seal electrnica, que actan sobre el elemento final de control.

Controladores: Estos comparan la variable controlada (presin, nivel,

temperatura) con un valor deseado y ejercen una accin correctiva de

acuerdo con la desviacin. La variable controlada la pueden recibirdirectamente, como controladores locales o bien indirectamente en forma de

seal neumtica, electrnica o digital procedente de un transmisor.

Elemento final de control: Este recibe la seal del controlador y modifica el

caudal del fluido o agente de control. En el control neumtico, el elemento

suele ser una vlvula neumtica o un servomotor neumtico que efectan su

carrera completa de 3 a 15 psi (0,2-1 bar). En el control electrnico la vlvula

o el servomotor anteriores son accionados a travs de un convertidor de

intensidad a presin (I/P) o seal digital a presin que convierte la seal

electrnica de 4 a 20 mA c.c. o digital a neumtica 3-15 psi. En el control

elctrico el elemento suele ser una vlvula motorizada que efecta su carrera

completa accionada por un servomotor elctrico. Las seales neumticas (3-


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15 psi o 0,2-1 bar o 0,2-1 Kg./cm2) y electrnica (4-20 mA c.c.) permiten el

intercambio entre instrumentos de la planta. No ocurre as en los

instrumentos de seal de salida digital (transmisores, controladores) donde

las seales son propias de cada suministrador.

b) Segn la variable de proceso, los instrumentos se clasifican en:

Instrumentos de caudal, nivel, presin, temperatura, densidad y peso

especfico, humedad y punto de roco, viscosidad, posicin, velocidad, pH,

conductividad, frecuencia, fuerza, turbidez, etc. Esta clasificacin

corresponde especficamente al tipo de las seales medidas siendoindependiente del sistema empleado en la conversin de la seal de

proceso. De este modo, un transmisor neumtico de temperatura del tipo de

bulbo y capilar, es un instrumento de temperatura a pesar de que la medida

se efecta convirtiendo las variaciones de presin del fluido que llena el

bulbo y el capilar; el aparato receptor de la seal neumtica del transmisor

anterior es un instrumento de temperatura, si bien, al ser receptor neumtico

lo podramos considerar instrumento de presin, caudal, nivel o cualquierotra variable, segn fuera la seal medida por el transmisor correspondiente;

un registrador potenciomtrico puede ser un instrumento de temperatura, de

conductividad o de velocidad, segn sean las seales medidas por los

elementos primarios de termopar, electrodos o dnamo. Asimismo, esta

clasificacin es independiente del nmero y tipo de transductores existentes

entre el elemento primario y el instrumento final. As ocurre en el caso de un

transmisor electrnico de nivel de 4 a 20 mA c.c., un receptor controlador con

salida de 4-20 mA c.c., un convertidor intensidad / presin (I/P) que

transforma la seal de 4-20 mA c.c. a neumtica de 3-15 psi y la vlvula

neumtica de control; todos estos instrumentos se consideran de nivel.

En la designacin del instrumento se utiliza en el lenguaje comn las dos

clasificaciones expuestas anteriormente. Y de este modo, se consideran


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instrumentos tales como transmisores ciegos de presin, controladores

registradores de temperatura, receptores indicadores de nivel, receptores

controladores registradores de caudal, etc.

Figura 2. Diagrama de instrumentacin.

c) Funcionamiento analgico y digital

Es posible, adems, clasificar la forma en que pueden ejecutarse las

funciones bsicas enfocando la atencin a la naturaleza continua o discreta

de las seales que representa la informacin. Las seales que varan en

forma continua y que pueden tomar una infinidad de valores en cualquier

intervalo dado, se llaman seales analgicas; los dispositivos que producen

esas seales se llaman dispositivos analgicos. En contraste, las seales

que varan en pasos discretos y pueden as tomar solamente un nmero

finito de valores diferentes, se describen como seales digitales; los aparatos

que producen estas seales se llaman aparatos digitales. La mayora de los

aparatos de medida actuales son del tipo analgico. Est aumentando la

importancia de los instrumentos digitales, quiz principalmente debido al uso


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creciente de las computadoras digitales, tanto en los sistemas de reduccin

de datos como en los automticos de control. Como la calculadora digital

trabaja solo con seales digitales, cualquier informacin que se le suministre

debe ser en la forma digital. La salida de la computadora tiene tambin forma

digital. As, cualquier comunicacin con la computadora en el extremo de la

entrada o de la salida debern darse en seales digitales. Como la mayor

parte de las medidas actuales y aparatos de control son de naturaleza

analgica, es necesario tener tanto convertidores analgicos a digitales (a la

entrada de la computadora) como convertidores digitales a analgicos (a la

salida de la computadora). Estos dispositivos sirven de "traductores" que

permiten al calculista comunicarse con el mundo exterior, que es en su

mayor parte de naturaleza analgica.


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Cap . 3: SELECCIN Y CARACTERSTICAS DE SENSORES 1414


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Seleccin y caractersticas desensores

ada variable controlada, as como muchas de las variables

adicionales utilizadas para monitoear el proceso, requieren ser

provistas de un sensor. En general, el nmero total de mediciones

es aproximadamente igual a tres veces el nmero de variables a controlar.

Cuando se selecciona el sensor, existen factores que se deben tomar en

cuenta. Antes que cualquiera de estos factores sea considerado, se debe

conocer el uso que tendr el sensor. Una vez que se establezca el uso, los

factores ha considerar son los siguientes:

Rango: Cual es el rango normal sobre el cual puede variar la variable

a medir? Existen valores extremos?

Tiempo de respuesta: La cantidad de tiempo requerida por el sensor

para responder en forma plena a un cambio en su entrada.

Exactitud: Cuanto se acerca el valor indicado por el instrumento al

verdadero valor de la variable actualmente medida?

Precision: Cuan consistente es el sensor midiendo el mismo valor bajo

las mismas condiciones de operacin sobre un perodo de tiempo?

Sensitividad: Cuan pequeo es el cambio en la variable para que el

sensor pueda medirla?

Banda muerta: Cuanto cambio se requiere en el proceso antes de que

el sensor responda a dicho cambio?

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Costos: Cuales son los costos involucrados No slo el costo de

adquisicin del equipo, sino tambin los costos de instalacin /

operacin?

Problemas de instalacin: Existen problemas de instalacin especial.Por ejemplo, Fluidos corrosivos, mezclas explosivas, limitaciones de

tamao y forma, transmisin remota, etc.?

3.1 Rango.

Rango es la regin sobre la cual la variable a medir puede variar tanto en

condiciones normales como en situaciones extremas. Por ejemplo, si un

proceso tiene una presin que normalmente esta entre 200 y 300 psi, un

sensor que mida entre 100 y 400 libras ser deseable; Esto permite que las

condiciones extremas sean medidas como si fueran normales. Un rango

amplio le da tiempo al operador para responder cuando las condiciones de

medicin se salen de lo normal. Idealmente, un proceso debe estar la

mayora del tiempo entre el 40 y el 60, o entre el 30 y el 70 por ciento del

rango, bajo condiciones normales de operacin.

El rango debe estar ajustado de tal manera que: 1) Incluya los valores tpicos

segn la experiencia de la operacin normal del proceso, 2) Incluya los picos

de ruido esperados, y 3) que provea de buena exactitud. En muchos

sensores, un gran rango reduce la exactitud y la reproducibilidad. De aqu

que siempre se requiera el balance entre el rango y la precisin. Como en

muchos casos no se puede obtener los tres objetivos en un solo sensor, hay

que implementar el uso de dos sensores para as obtener el rango requerido

a la par de la exactitud y la reproducibilidad deseada.

3.2 Tiempo de respuesta.El tiempo de respuesta es la cantidad de tiempo requerido por un sensor

para responder completamente a un cambio en la entrada. Este factor hay

que considerarlo sobre todo cuando la instrumentacin esta localizada en el


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lazo de realimentacin, ya que una dinmica de lazo lenta conduce al

empobrecimiento del desempeo del sistema. El tiempo de respuesta de un

lazo de control es la combinacin de la respuesta de todas las partes,

incluyendo al sensor. Un objetivo importante en el diseo de los sistemas de

control es lograr la correspondencia correcta entre el tiempo de respuesta del

sistema de control y su instrumentacin asociada, y el tiempo de evolucin

de la dinmica del proceso. En general, un sistema con una respuesta ms

rpida ser mas costoso.

Fig. 2 Respuesta dinmica de un sensor de flujo tpico.

La figura anterior muestra el principio clave del tiempo de respuesta del

sensor. Ah se ilustra que en una cantidad de tiempo fija, conocida como la

"Constante de Tiempo", aqu mostrada como 3 segundos, el sensor registra

el 63.2% del cambio total. En la prxima constante de tiempo, el sensor

registra el 63.2% de la diferencia remanente, y as sucesivamente hasta que

registra su valor final. En cada constante de tiempo, el sensor registra el

mismo porcentaje de la diferencia remanente.


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El funcionamiento dinmico(esto es, como responde la salida de medicin

con el tiempo a los cambios en el valor que se mide) apenas ha empezado a

recibir la atencin que merece. Por ejemplo, en la prctica industrial, el

elemento primario del termmetro casi siempre se encuentra montado en un

termopozo para protegerlo en contra del fluido de proceso y para permitir su

remocin, comprobacin y reemplazo del elemento sin interrumpir la

operacin del proceso. El termopozo, trabajando en las mejores condiciones,

introduce una prdida considerable de tiempo en cuanto, a la respuesta de la

medicin. Cuando la medicin se utiliza para el control, este retraso puede

llegar a resultar en efectos de mayor importancia.

Fig. 3 intercambiador de calor.

La figura 3 ilustra la ubicacin de los elementos primarios de medicin detemperatura de un fluido que sale de un intercambiador de calor, la cual se

mide por medio de un termmetro de resistencia colocado en un termopozo y

mediante un segundo termmetro de resistencia de alta velocidad localizado

directamente en el vapor de agua. En este caso la temperatura del fluido que

fluye hacia fuera del intercambiador de calor es la variable que se mide. Por


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lo general se emplean dos sistemas de medicin (redundancia) separados,

uno de ellos un termmetro convencional montado en un casquillo estndar

sumergido en la lnea; el otro es un termmetro de resistencia de alta

velocidad de tipo especial sumergido directamente en la corriente para

disponer de una respuesta rpida a la temperatura de la corriente.

Fig. 4 Controlador ajustado con el termmetro de baja velocidad

La figura 4 muestra los resultados de emplear un termmetro confinado en

un casquillo (representa baja velocidad de respuesta), la figura (b) muestra el

efecto del controlador sobre el vstago de la vlvula. Se pueden observarcurvas continuas con cambios notables justo donde se inician cambios en la

temperatura. El retardo debido al casquillo produce unos cambios suaves en

el controlador.

La figura 5 muestra los resultados del control con una respuesta rpida al

emplear un termmetro de resistencia ubicado directamente en la corriente


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del vapor de agua, la figura (b) muestra movimientos continuos del vstago

de la vlvula.

En trminos generales el retraso en la medicin es particularmente peligroso,

pues la inestabilidad que se presenta con el cambio de la variable medida no

se corrige con la prontitud necesaria y cuando se emplean estrategias mas

rpidas los movimientos de la vlvula resultan excesivos. En caso de ser

posible eliminar los retrasos, se puede lograr un control ms satisfactorio con

ajustes menos crticos y amplitudes dinmicas ms extensas. Sin embargo,

cuando existe la presencia del retraso en la medicin, ya sea inherente o

resultante de la aplicacin prctica (tal como los pozos o casquillos para

termmetros), casi siempre es imposible dar tolerancias para tomar en

cuenta esto sin que se presenten efectos de importancia en la operacin delproceso. Es importante reconocer y tomar en consideracin tanto las

caractersticas dinmicas como las estticas de la medicin en caso de que

se deseen obtener resultados ptimos.

Fig.5 Controlador ajustado con el termmetro de alta velocidad.


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3.3 Exactitud Vs. Precisin.

Fig. 6 Precisin Vs Exactitud.

Estas figuran contrastan el termino "precision", con el trmino "Exactitud". El

valor verdadero de la variable (70) se muestra en ambas figuras como una

lnea slida. Los valores medidos se muestran como puntos. La exactitud es

una medida de cuan cerca del valor real esta la lectura indicada por el

sensor. Ah se ve que el valor medido esta disperso por encima y por debajo

del valor real. La exactitud es siempre dada en trminos de la inexactitud o

error tal como +/- 2 % o +1 %, -3 %. La precisin es una medida de la

consistencia de un sensor en la medida del mismo valor de la variable bajo

las mismas condiciones de operacin sobre un periodo de tiempo. La figura

muestra valores medidos con precisin, todos a la misma distancia del valor

real. Precisin es sinnimo de repitibilidad y puede ser especificado como un

rango o excursin de valores, o como un porcentaje.


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3.3.1 Exactitud.

Siendo en principio uno de los principales factores a considerar, no siempre

se requerir una exactitud muy alta. Ya que los sensores de muy alta

exactitud son ms costosos, el instrumentista debe velar por que se logre la

exactitud requerida a un costo razonable.

Muchos elementos son catalogados de acuerdo a su exactitud, no de

acuerdo a su precisin. Las especificaciones usualmente establecen que el

elemento es exacto en mas o menos cierto valor. As, con exactitud, se

conoce la desviacin, pero no el sentido de la desviacin. Por ejemplo, si un

reloj tiene una exactitud de diez minutos, esto significa que su exactitud es

de mas o menos diez minutos. El propietario de este reloj de este reloj tieneuna cita a las 2:30 p.m., pero debe llegar al sitio a las 2:20 con el fin de estar

a tiempo considerando la exactitud del reloj. El propietario no puede conocer

si el reloj muestra la hora diez minutos tarde o diez minutos ms temprano, o

algn tiempo entre los dos extremos.

3.3.2 Precisin.

Aunque una buena exactitud no sea requerida, la buena reproducibilidad

siempre es necesaria. La precisin est siempre dentro de un valor dado y

siempre tiene la misma direccin del error. De esta manera, una medida

precisa puede ser incorrecta, pero es consistente. Por ejemplo, otro reloj

tiene una precisin de mas cinco minutos. El propietario de este reloj sabe

que puede llegar a la cita de las 2:30 p.m. a las 2:35 (indicado en el reloj) y

aun estar a tiempo.

3.4 Sensitividad del Sensor.

La sensitividad del sensor es una medida de cuan pequea debe ser el

cambio en la variable medida para que esta cause un cambio en la indicacin

del instrumento. De esta forma, la sensitividad es la razn entre el

incremento de la lectura y el incremento de la variable que lo ocasiona,


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despus de haberse alcanzado el estado de reposo. Viene dada en tanto por

ciento del alcance de la medida. Mientras mayor sea la sensitividad, mayor

ser la reaccin del sensor a estmulos en la entrada.

midiendoestasequecantidadlaenCambio

oinstrumentdelescalaladelecturalaenCambioadSensibibid =

3.5 Banda muerta y Tiempo muerto.

Banda muerta es la falta de respuesta del sensor. Ella describe cuanto

cambio del proceso se requiere antes que el sensor responda a dicho cambio

o antes que el sensor lo detecte. El trmino sensitividad frecuentemente hasido usado para denotar Banda Muerta, pero realmente los trminos no son

intercambiables o sinnimos entre s. La sensitividad se refiere a la reaccin

del sensor. El Tiempo muerto aplica al tiempo que toma el sensor para

reaccionar.

3.6 Seguridad.

La instrumentacin debe ofrecer seguridad, es decir que debe realizar su

funcin con una baja probabilidad de falla. Ajustar el instrumento a lascondiciones particulares del proceso y realizar un mantenimiento peridico

contribuye a la caracterstica de seguridad que puede ofrecer un instrumento.

3.7 Costos.

Adems de los factores antes mencionados, el costo tambin es un factor a

considerar. No solamente el costo de adquisicin inicial, sino que el costo de

mantenimiento del instrumento tambin debe considerarse, ya que a menudo

se gasta ms en mantenimiento del instrumento que en el costo de comprar

el mismo.


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3.8 Problemas de Instalacin.

Los problemas de instalacin pueden incluir problemas en ambientes

especiales tales como humedad, vibracin, temperatura, polvo, etc. Los

problemas de instalacin se refieren a cualquier cosa que pueda causar unproblema sobre el elemento ya instalado, tales como, instalar el elemento en

una locacin difcil de alcanzar.

Los sensores ms comunes en el control de procesos son: de temperatura,

de flujo, de presin y de nivel. A menudo stos se conocen como sensores

directos ya que el principio de medida es mucho ms simple que el de un

analizador. Sin embargo, ningn sensor mide realmente la variable de

proceso en forma directa. Cada sensor mide el efecto de la variable de

proceso segn que esta afecte una posicin fsica, una fuerza, un voltaje u

otra variable fsica de ms fcil medicin.

Finalmente, la relacin entre la variable de proceso y la cantidad que

realmente se mide no es exacta. De aqu la importancia que el instrumentista

comprenda lo relacionado a la exactitud, rango, y lmites del proceso; para

as seleccionar el sensor ms apropiado segn la aplicacin.


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Cap. 4: TRANSMISIN DE SEALES 2424


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Diseo:Danilo A. Navarro.Noviembre, 2001 Transmisin de seales

4.1 Seales.

ay dos tipos bsicos de seales, de tiempo continuo y de

tiempo discreto. En el caso de las seales de tiempo continuo la

variable independiente es continua y entonces estas seales

estn definidas para una sucesin continua de valores de la variable

independiente. Por otra parte, las seales de tiempo discreto estn slo

definidas en tiempos discretos y, en consecuencia para estas seales, la

variable independiente toma slo un conjunto de valores discretos. Una seal

de voz como una funcin del tiempo y la presin atmosfrica como una

funcin de la altitud son ejemplos de seales de tiempo continuo. El ndice

Dow Jones semanal del mercado de valores es un ejemplo de una seal detiempo discreto.

Fig. 7 Peso de un bebe. a) Seal analgica. b) Seal Discreta.

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En la instrumentacin se deben resaltar las seales capturadas por sensores

que auxilian el control de determinado proceso. Por lo tanto las seales que

se adquieren, estn basadas en mediciones elctricas sin diferenciar si son

continuas o discretas, se consideran seales analgicas, as por ejemplo si

se trata de adquirir una temperatura a travs de un termopar se debe medir

una cada de voltaje o una corriente que fluye a travs de la junta bimetlica.

Si esta seal elctrica se trata de remitir a un sitio distante, el voltaje o el

amperaje medido es probable que no sea exactamente el valor, ya que el

conductor elctrico ofrece cierta resistencia que afectar el valor medido.

Para compensar esta diferencia se deben colocar en puntos intermedios

amplificadores o elementos que mantengan el valor de la seal, ya que estetipo de seal analgica es fcilmente afectada por medios externos que

inducen ruido. En la actualidad se impone la conversin de la seal analgica

en una seal digital a travs de convertidores anlogo/digital (A/D) que

deben estar ubicados en sitios muy prximos al sensor o elemento primario

de medicin, para luego transmitir la seal digital sin que sufra muchas

alteraciones. Como comentario, una seal digital puede ser la ausencia de

luz, sonido, corriente, cada de voltaje, etc.. Esta ausencia se puedeidentificar con un 0 y la presencia de cualquier valor ser la representacin

del 1, por lo tanto, no importa si el valor del voltaje o luz llega disminuido, su

presencia significa la unidad y su ausencia un cero.

4.2 Tipos de seales.

En muchas plantas existentes, las seales neumticasy las electrnicasson

las predominantes. Las seales de radio y las hidrulicas tambin sonusadas, aunque no son muy comunes debido a los inherentes problemas de

las interferencias de radio frecuencia y las fugas en los sistemas de lquidos.

Sin embargo comnmente se utilizan seales de radio cuando los sensores y

transmisores esto a grandes distancias (en tuberas por ejemplo) de los


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centros de control. Las seales pticas tambin son usadas con sistemas de

fibra ptica o cuando existe lnea de vista directa.

4.2.1 Seal Elctrica.

Una seal elctrica es una seal analgica que puede tener caractersticasdiscretas o continuas. Usualmente se mide en Voltios (V), milivoltios (mV),

Amperios (A) o miliamperios (mA). En instrumentacin se emplea un rango

de transmisin entre 4 y 20 mA o 1 a 5 Votios DC. En este caso la seal

captada debe ser transformada haciendo que el valor menor de la escala de

valores a ser sensado coincida con 4 mA o 1 VDC, y el mayor con 20mA o 5

VDC.

4.2.2 Seal Neumtica.

Como su nombre lo indica una seal neumtica emplea aire como salida del

instrumento de medicin. La presin estndar est en el rango de 3 a 15

libras por pulgada cuadrada (psi).

4.2.3 Seal HART.

Las seales HART Highway Addressable Remote Transducer es un

protocolo de comunicacin que funciona con datos digitales que se

transmiten a lo largo de una seal analgica de 4 a 20 mA, sin interferir la

seal analgica. Adems, permite comunicacin bidireccional, posee la

modalidad digital que permite conectar hasta 15 instrumentos a un solo

cable; esta seal permite manejar hasta 256 variables en cada dispositivo de

campo.

4.3 Transmisin de Seales.

Se emplean los transmisores para captar la variable de proceso (a travs de

un sensor o elemento primario) y la transmiten a distancia a un instrumento

receptor indicador, registrador, controlador o una combinacin de estos. Los

transmisores ms comunes pueden ser neumticos o electrnicos;

dependiendo de ello el rango estndar de seal ser de 3 a 15 psi o de 4 a


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20 mA respectivamente. El elemento primario o sensor puede ser o no parte

integral del transmisor.

4.4 Rangos estndar de seal.

El concepto de rangos de seal es sinnimo de ganancia de estado esttico.

4.4.1 Transmisor Electrnico de rango ajustado.

Fig. 8 Transmisor electrnico de rango ajustado.

En esta figura se muestra a la izquierda cuanto es el rango de la variable

medida, relacionada con el rango de la seal transmitida mostrado a la

derecha. La variable medida es la entrada y la seal transmitida es la salida.

El Rango de medida esta entre 100 y 500 F. As, el spande medida es 400

F. El rango del transmisor esta entre 4 y 20 miliAmps (mA), y el spandel

transmisor es igual a 16 mA. Al extremo de medicin inferior (100 F), la

salida del transmisor ser de 4 mA. Al 50 % de la medida(300 F), la salida

del transmisor ser de 12 mA.

Usando rangos de seal estndar, la corriente de salida en un proceso

puede ser fcilmente calculada usando la frmula de la ganancia esttica:


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salidlaencambioelcausaqueentradalaenCambio

salidalaenCambioEstticoestadodeGanancia == K

La ganancia del transmisor es .04 (por ejemplo, 16 dividido entre 400). Una

vez conocida la ganancia, La temperatura puede ser calculada a partir de la

salida del transmisor. Por ejemplo, asmase que la salida del transmisor es 8

mA, y recurdese que 4 mA corresponde a 0 % del span, por lo tanto

(substrayendo 4 mA de 8 mA) la salida de transmisor cambia en 4 mA.

Dividiendo 4 mA entre la ganancia (.04) resulta una respuesta de 100 F. El

lmite bajo del rango es de 100 F. Sumando 100 y 100 resulta la

temperatura actual que sera 200 F.

4.4.2 Transmisor Neumtico de rango ajustado.

Fig. 9 Transmisor neumtico de rango ajustado.

La figura anterior muestra un ejemplo de un transmisor neumtico. Las

frmulas anteriores se pueden usar para calcular el rango ajustado del

transmisor neumtico. Usando la figura, el rango de entrada corresponde a

100-200 psi para una salida o rango de seal transmitida de 3-15 psi. El

spanes de 100 psi para la entrada y de 12 psi para la salida.


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La ganancia de este transmisor es de 12. Para el mismo transmisor, una

lectura de 12.72 psi en el transmisor indica una presin de proceso de 181

psi.

4.5 Dinmica del sistema de transmisin.

La mayor diferencia entre el sistema de transmisin electrnico y el

neumtico es el tiempo requerido para la transmisin de la seal. En un

sistema electrnico no hay partes en movimiento, sino que slo cambia el

estado de la seal. Virtualmente, este cambio ocurre sin perdida de tiempo.

Por el contrario en las sistemas neumticos existen movimientos mecnicos

que toman lugar siempre que se vaya a producir un cambio en la seal de

proceso, producindose de esta manera prdida de tiempo.

Fig. 10 Transmisin en sistemas Electrnicos y en sistemas Neumticos.

Tambin, los sistemas neumticos requieren de mayor mantenimiento ya que

estn sujetos a movimientos de sus partes y a la vibracin, as como tambin

estn sujetos a problemas rotacionales o gravitacionales de montaje. Sin

embargo, los sistemas neumticos aun existen en muchas plantas ya que

ellos son ms seguros que los sistemas elctricos sobretodo en losambientes potencialmente explosivos.


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Fig. 11 Retardo de transmisin de la seal neumtica.

La figura anterior muestra el tiempo que se pierde en los sistemas

neumticos. La figura representa un sistema que usa una tubera de 3/16 ID

como lnea de transmisin. Como se aprecia en la parte baja de la grfica, a

distancias cortas el efecto del tiempo es pequeo. Por debajo de 200 pies,

una seal puede cambiar de 15 psi hasta 3 psi (el span de un transmisor

neumtico) en 0.4 segundos o menos. Esta prdida de tiempo representa el

tiempo necesario para establecer la diferencia de volumen en la lnea (o para

remplazar o restaurar el volumen de aire). Un retraso de 0.4 segundos

parece no ser crtico, pero segn se incrementa la distancia de transmisin,

tambin se incrementa el retrazo. A 400 pies, el retrazo alcanza los 1.3

segundos aproximadamente. A 1000 pies, el retrazo es de 7 segundos lo que

para algunos procesos es un periodo critico de tiempo. Ntese que los

tiempos mencionados se refieren a los que toma la seal en viajar desde el


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elemento sensor hasta el controlador. Si hay algn cambio al cual el

controlador deba responder inmediatamente, la cantidad de tiempo hasta que

la seal alcance el elemento final de control debe ser duplicada. Los

componentes neumticos preferiblemente son usados en aplicaciones que

requieran seguridad, simplicidad, y principalmente para las vlvulas

actuadores, siempre en aplicaciones donde la longitud de la lnea se

mantengan por debajo de los 100 pies. En caso contrario se deben usar

seales electrnicas.

4.6 Ganancia del sistema de transmisin.

La ganancia del transmisor, que es la relacin entre la seal de salida del

transmisory la seal de entrada al mismo, es constante independientemente

de sus salida. En otras palabras, la ganancia de un transmisor electrnico

permanecer constante aunque su salida sea el 0 % del span (4 mA) o el

100 % del mismo (20 mA), o cualquier otro punto entre ambos extremos.

Fig. 12 Ganancia de transmisin para un transmisor electrnico.


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4.7 Transmisores Inteligentes.

Adems de los transmisores neumticos y los electrnicos, donde la salida

es una seal analgica de presin o de corriente, existe otro tipo de

transmisor cuya seal de salida puede ser tanto analgica como digital:

Transmisor inteligente.

Los Transmisores inteligentes convierten una seal analgica a una seal

digital (A/D), haciendo la comunicacin fcil y rpida, y teniendo siempre

capacidad para enviar tanto la seal analgica como la seal digital.

Tambin, su entrada puede ser configurada segn el tipo de sensor o

elemento primario. Por ejemplo, un transmisor inteligente de temperatura

aceptar seales en milivoltios provenientes de termocuplas, as como

tambin seales resistivas provenientes de Elementos resistivos

trmicos(RTDs), y termistores.

El transmisor esta construido dentro de una cpsula del tamao de una

pelota de softball. Comnmente, el controlador toma la seal de salida del

transmisor, la procesa de acuerdo a una ley de control, y la enva al elemento

final de control a travs del mismo transmisor.

Fig. 13 Componentes y funciones de un transmisor inteligente.

Otro componente asociado a los transmisores inteligente es la consola

porttil para explotacin y dialogo o hand-held. El Hand-held es una

interfase que permite entre otras cosas enviar instrucciones al transmisor

inteligente: Pruebas, configuracin, suministro o adquisicin de datos, etc. El


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hand-held puede conectarse directamente al transmisor, o en paralelo en

cualquier lugar del lazo.

Dentro de las ventajas ms importantes que otorga el uso de los

transmisores inteligentes se incluyen las facilidades de instalacin y

comunicacin, el autodiagnstico y la seguridad mejorada por uso de

tcnicas digitales. Los transmisores inteligentes son menos afectados por la

temperatura y la humedad que los homlogos analgicos, y aunque la

vibracin si los afecta, los efectos son menores que en los transmisores

anlogos. Los transmisores inteligente tambin proveen de exactitud

mejorada y debido a que pueden remplazar diferentes tipo de sistemas de

medicin, su uso reduce los costos de inventario.

4.8 Caractersticas de los Transmisores Inteligentes.

Fundamentalmente, los transmisores inteligentes son controlados por un

microprocesador, lo que les conferir las siguientes caractersticas

principales:

Multi Configuracin

Re-ajuste del Rango

Funcionamiento autnomo

Acondicionamiento de seales

Auto diagnstico

4.8.1 Configuracin.

Los transmisores inteligentes pueden ser configurados para ajustarse a las

demandas del proceso en el cual ellos son usados. Por ejemplo, Un nico

transmisor puede ser ajustado para leer casi cualquier rango o tipo de

termocupla, RTD, o termistor.


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4.8.2 Rango.

El rango bajo el cual funciona el transmisor inteligente puede ser cambiado

fcilmente desde una locacion remota, por ejemplo desde la sala de control,

usando un PC, el Hand-held, o a travs del controlador o PLC. De esta

manera, un operador podr cambiar de una RTD de 100 Ohm a una

termocupla tipo J, nicamente reprogramando el transmisor. El transmisor

por su parte responder inmediatamente y cambiar de medicin de

resistencia a medicin de milivoltios. Existe un amplio rango de entradas que

los transmisores inteligentes pueden aceptar. Por ejemplo, con referencia a

unidades de presin, el operador puede usar pulgadas de agua, pulgadas de

mercurio, psi, bars, milibars, pascal o kilopascal.

4.8.3 Autonoma.

Otra caracterstica sobresaliente de los transmisores inteligentes es su

habilidad para funcionar como un Instrumento autnomo. Funcionando de

esta manera, l enviara la seal de salida a un Sistema de control distribuido

(DCS)o a un PLC.

4.8.4 Acondicionamiento de seal.Los transmisores inteligentes tambin pueden realizar el acondicionamiento

de las seales, calculando el promedio de las mismas y eliminando cualquier

pico de "Ruido". Las seales pueden ser tambin retardadas (amortiguadas)

para que su respuesta no flucte. Esto ltimo es especialmente til cuando

los procesos cambian rpidamente.

4.8.5 Autodiagnstico.

Un transmisor inteligente puede auto diagnosticarse y reportar cualquier

problema en el proceso. Por ejemplo, puede reportar el mal funcionamiento

de una tarjeta circuital.


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Cap. 5: DIAGRAMAS DE TUBERA E INSTRUMENTACIN DTI o P&ID 3535


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Diagramas de tubera einstrumentacin DTI o P&ID

5.1 Lectura de P&ID.

l proyecto de sistemas de instrumentacin y de control de procesosrequiere del auxilio de diagramas del circuito de instrumentos

donde se indiquen claramente los tipos de instrumentos, seales

con las que se comunicarn, ubicacin relativa de los elementos que

conformarn el circuito, etc.. Los detalles de instrumentacin varan de a

cuerdo al grado de complejidad del diseo. Por ejemplo, los diseos y

conceptos simplificados, a menudo llamados Diagrama de Flujo de Proceso

(PFD), proveen menos detalles que el desarrollo completo de un Diagrama

de Tuberas e Instrumentacin DTI (Piping and Instrumentation Diagrams:

P&ID). Para entender los diagramas mencionados es necesario primero

entender el estndar de identificacin y simbologa para instrumentacin ISA

S5.1, el cual define como se construye cada smbolo, los cdigos de

identificacin alfa numricos, las abreviaciones, los bloques funcionales, las

lneas de suministro y conexin, etc.

La ISA S5.1 define cuatro elementos grficos: instrumentos discretos,

despliegue y control compartidos, funciones computacionales y controladores

lgicos programables. Estos elementos los agrupa en tres posibles

categoras segn su localizacin o montaje: Locacin principal, Locacin

auxiliar y montaje en campo.

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Los instrumentos discretos o simples son representados mediante un

elemento grfico circular, los elementos de control y despliegue compartidos

mediante crculos inscritos dentro de un cuadrado, las funciones son

representadas mediante hexgonos y los computadores programables o PLC

mediante un rombo inscrito dentro de un cuadrado.

Adicionndoles una lnea horizontal sencilla que corte cualquiera de los

cuatro smbolos grficos, se indica que la funcin reside en la locacin

primaria, con una lnea horizontal doble se indica que est en la locacin

auxiliar, y si no posee ningn tipo de lnea significa que esta montado en el

campo. Adicionalmente, los instrumentos que estn montados dentro de un

panel o en algn sitio no accesible, se simbolizan con los mismos elementos

grficos pero la lnea horizontal se dibuja en trazos interrumpidos.

Fig. 14 Smbolos generales de instrumentos y funciones.

Las combinaciones de letras y nmeros que aparecen dentro de cada

smbolo grfico son reguladas o estn definidas tambin por el estndar S5.1

de la ISA. Generalmente la numeracin es asignada por el proyectista, por lo


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que los esquemas de numeracin varan de compaa a compaa. Una

practica comn es vincular la numeracin al numero de lazo de control dentro

del proceso general, mientras que algo menos comn es adoptar un sistema

de numeracin aleatorio o caprichoso.

La primera letra define la variable inicial o medida tal como por ejemplo

Flujo(F), Temperatura(T), Presin(P), etc; y las siguientes letras definen

funciones pasivas de lectura, de registro o de salida tales como Indicador(I),

Registrador (R), Transmisor (T), etc.

Fig. 15 Diagrama P&ID tpico.

Con referencia al diagrama P&ID anterior, FT 101 representa un transmisor

de flujo montado en campo y conectado va seal elctrica (lnea punteada)

al controlador e indicador de flujo FIC 101 localizado en un dispositivo de

despliegue y control compartido. La extraccin de la raz cuadrada de la


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seal de entrada forma parte de las funciones integradas en el FIC 101. La

salida del FIC 101 es una seal elctrica que va hacia el TY 101 que a su

vez esta localizado en un sitio inaccesible o dentro de panel o tablero de

control. La salida proveniente del TY 101 es una seal neumtica (lnea

marcada con equis x), lo que hace que el TY101 sea un convertidor I/P

(convertidor corriente a presin). El TT 101 y el TIC 101 son iguales al FT

101 y al FIC 101 excepto que los primeros son para medir, indicar y controlar

temperatura. La salida del TIC 101 esta conectada va un enlace de datos o

software interno (lneas con crculos) a la entrada de referencia o

setpoint(SP) del FIC 101 a fin de implementar una estrategia de control en

cascada.

A menudo los diagramas P&ID deben incluir una pgina donde se describan

los trminos, smbolos y sistemas de numeracin tpicas del proyecto. En el

ejemplo anterior, TIPICAL YIC debe aparecer en la pgina de definiciones y

simbologa tpica del proyecto. En este caso TIPICAL YIC indica una vlvula

ON/OFF que es controlada mediante una vlvula solenoide y que adems

posee interruptores de final de carrera para indicar que la misma esta abierta

(ZSH) o cerrada (ZSL). Todas las entradas y salidas estn cableadas a un

PLC que puede ser accedido por un operador (Rombo dentro de un

cuadrado con una lnea horizontal). La letra Y indica un evento, estado o

presencia. La letra I indica que se cuenta con indicacin, y la letra C

significa que en este elemento se ejecuta alguna accin de control.

El uso del estndar ISA S5.1 para la identificacin y representacin simblica

de los instrumentos, asegura consistencia, y una manera independiente de

representar la instrumentacin, el control y la automatizacin de los procesos

de tal forma que todos lo puedan entender.

Adems del estndar ISA S5.1 para la identificacin y representacin

simblica de la instrumentacin, existen otros apartados del mismo estndar

que cubren otras reas de inters en lo que a los diagramas de

instrumentacin se refiere: ISA S5.2 que cubre los diagramas lgicos binarios


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para el control de procesos, ISA S5.3 que se refiere a los smbolos grficos

para la representacin de la lgica, computadores e instrumento de control

distribuido y compartido, ISA S5.4 que trata sobre los diagrama de lazo de

instrumentacin, y la ISA S5.5 que cubre lo concerniente a los smbolos

grficos para la representacin de los procesos. Hay que sealar que estas

normas no son de uso obligatorio sino que constituyen una recomendacin a

seguir en la identificacin de los instrumentos en la industria.

5.2 Resumen S5.1 (Identificacin y simbologa de

instrumentos).

El propsito de este estndar es el de establecer un mecanismo uniforme

para designar los instrumentos y los sistemas de instrumentacin usado para

mediciones y control de procesos.

A) Cada instrumento debe identificarse con sistema de letras que lo

clasifique funcionalmente. Una identificacin representativa es la

siguiente:

TRC 2A

Primera Letra Letras sucesivas Numero del BucleSufijo(no se usa

normalmente)

Identificacin Funcional Identificacin del bucle

B) El nmero de letras funcionales para un instrumento debe ser mnimo, no

excediendo de cuatro. Para ello conviene:

1) Disponer las letras en subgrupos. Por ejemplo, un transmisor registrador

de relacin de caudales con un interruptor de alarma de relacin de caudales

puede identificarse con dos crculos uno con FFRT-3 y el otro FFS-3.

2) En un instrumento que indica y registra la misma variable medida puede

omitirse la letra I (indicacin).

3) Los bucles de instrumentos de un proyecto o secciones de un proyecto

deben identificarse con una secuencia nica de nmeros. sta puede


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empezar con el nmero 1 o cualquier otro nmero conveniente, tal como 301

o 1201 que puede incorporar informacin codificada tal como rea de planta.

4) Si un bucle dado tiene ms de un instrumento con la misma identificacin

funcional, es preferible aadir un sufijo, ejemplo FV-2A, FV-2B, FV-2C, etc., o

TE-25-1, TE-25-2, TE-25-3, etc. Estos sufijos pueden aadirse obedeciendo

a las siguientes reglas:

a) Deben emplearse letras maysculas. A, B, C, etc.

b) En un instrumento tal como un registrador de temperatura

multipunto que imprime nmeros para identificacin de los puntos, los

elementos primarios pueden numerarse TE-25-1, TE-25-2, TE-25-3,

etctera.

c) Las subdivisiones interiores de un bucle pueden designarse porsufijos formados por letras y nmeros.

d) Un instrumento que realiza dos o ms funciones puede designarse

por todas sus funciones. Por ejemplo, un registrador de caudal FR-2

con pluma de presin PR-4 se designa preferentemente FR-2/PR-4 o

bien UR-7; un registrador de presin de dos plumas como PR-7/8; y

una ventanilla de alarma para temperatura alta y baja como TAH/L-9.

e) Los accesorios para instrumentos tales como rotmetros de purga,filtros manorreductores y potes de sello que no estn representados

explcitamente en un diagrama de flujo, pero que necesitan una

identificacin para otros usos deben tenerla de acuerdo con su funcin

y deben emplear el mismo nmero del bucle que el del instrumento

asociado. Alternativamente, los accesorios pueden emplear el mismo

nmero de identificacin que el de sus instrumentos asociados, pero

con palabras aclaratorias si ello es necesario. Por consiguiente, una

brida para una placa-orificio FE-7 debe designarse como FX-7 o bien

como FE-7 brida. Un rotmetro regulador de purga asociado con un

manmetro PI-8 debe identificarse como FICV-8, pero puede tambin

marcarse PI-8 purga. Una sonda empleada con un termmetro TI-9

ser TW-9, o bien, TI-9 sonda.


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Tabla 1 Letras de identificacin.

1. Para cubrir las designaciones no normalizadas que pueden emplearse

repetidamente en un proyecto se han previsto letras libres. Estas letras

pueden tener un significado como primera letra y otro como letra sucesiva.

Por ejemplo, la letra N puede representar como primera letra el mdulo de

elasticidad y como sucesiva un osciloscopio.


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2. La letra sin clasificar X, puede emplearse en las designaciones no

indicadas que se utilicen slo una vez o un nmero limitado de veces. Se

recomienda que su significado figure en el exterior del crculo de

identificacin del instrumento. Ejemplo: XR-3 registrador de vibracin.

3. Cualquier letra primera si se utiliza con las letras de modificacin D

(diferencial), F (relacin) o Q (integracin) o cualquier combinacin de las

mismas cambia su significado para representar una nueva variable medida.

Por ejemplo, los instrumentos TDI y T miden dos variables distintas: la

temperatura diferencial y la temperatura, respectivamente.

4. La letra A para anlisis, abarca todos los anlisis no indicados en la tabla

5.1, que no estn cubiertos por una letra libre. Es conveniente definir el tipo

de anlisis al lado del smbolo en el diagrama de proceso.5. El empleo de la letra U como multivariable en lugar de una combinacin de

primeras letras, es opcional.

6. El empleo de los trminos de modificaciones alto, medio, bajo, medio o

intermedio y exploracin, es preferible pero opcional.

7. El trmino seguridad, debe aplicarse slo a elementos primarios y a

elementos finales de control que protejan contra condiciones de emergencia

(peligrosas para el equipo o el personal). Por este motivo, una vlvulaautorreguladora de presin que regula la presin de salida de un sistema,

mediante el alivio o escape de fluido al exterior, debe ser PCV, pero si esta

misma vlvula se emplea contra condiciones de emergencia, se designa

PSV. La designacin PSV se aplica a todas las vlvulas proyectadas para

proteger contra condiciones de emergencia de presin sin tener en cuenta si

las caractersticas de la vlvula y la forma de trabajo la colocan en la

categora de vlvula de seguridad, vlvula de alivio, o vlvula de seguridad

de alivio.

8. La letra de funcin pasiva vidrio, se aplica a los instrumentos que

proporcionan una visin directa no calibrada del proceso.


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9. La letra indicacin se refiere a la lectura de una medida real de proceso.

No se aplica a la escala de ajuste manual de la variable si no hay indicacin

de sta.

10. Una luz piloto que es parte de un bucle de control debe designarse por

una primera letra seguida de la letra sucesiva L. Por ejemplo, una luz piloto

que indica un perodo de tiempo terminado se designar KL. Sin embargo, si

se desea identificar una luz piloto fuera del bucle de control, la luz piloto

puede designarse en la misma forma o bien alternativamente por una letra

nica L. Por ejemplo, una luz piloto de marcha de un motor elctrico puede

identificarse EL, suponiendo que la variable medida adecuada es la tensin,

o bien XL, suponiendo que la luz es excitada por los contactos elctricos

auxiliares del arrancador del motor, o bien simplemente L. La actuacin de laluz piloto puede ser acompaada por una seal audible.

11. El empleo de la letra U como multifuncin en lugar de una combinacin

de otras letras, es opcional.

12. Se supone que las funciones asociadas con el uso de la letra sucesiva Y

se definirn en el exterior del smbolo del instrumento cuando sea

conveniente hacerlo as.

13. Los trminos alto, bajo y medio o intermedio deben corresponder avalores de la variable medida, no a los de la serial a menos que se indique

de otro modo. Por ejemplo, una alarma de nivel alto derivada de una seal

de un transmisor de nivel de accin inversa debe designarse LAH incluso

aunque la alarma sea actuada cuando la seal cae a un valor bajo.

14. Los trminos alto y bajo, cuando se aplican a vlvulas, o a otros

dispositivos de cierre apertura, se definen como sigue:

Alto: indica que la vlvula est, o se aproxima a la posicin de apertura

completa.

Bajo: denota que se acerca o est en la posicin completamente cerrada.


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La figura 16 ilustra los smbolos a emplear en los planos y dibujos de

representacin de instrumentos en los procesos industriales.

Fig. 16 Simbologa para las lneas de conexin.

En la siguiente tabla se muestran las abreviaturas sugeridas para representar

el tipo de alimentacin (o bien de purga de fluidos)

AS Alimentacin de aire

ES Alimentacin Elctrica

GS Alimentacin de Gas

HS Alimentacin Hidralica

NS Alimentacin de Nitrgeno

SS Alimentacin de Vapor

WS Alimentacin de Agua

** El smbolo se aplica tambin a cualquier seal que emplee gas como

medio de transmisin. Si se emplea un gas distinto del aire debe Identificarse

con una nota al lado del smbolo o bien de otro modo.


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*** Los fenmenos electromagnticos incluyen calor, ondas de radio,

radiacin nuclear y luz.

En las prximas pginas se mostrarn la representacin de los Smbolos

generales, smbolos para vlvulas de control, smbolos para actuadores,

autorreguladores y muchos otros. Estos smbolos es un resumen de la norma

ISA.

Fig. 17 Smbolo generales.


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Fig. 18 Smbolos para vlvulas de control.


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Fig. 19 Smbolos para actuadores.


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Fig. 20 Autoreguladores.


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Fig. 21 Accin del actuador en caso de falla de aire o de potencia.

Fig. 22 Smbolos varios.


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Fig. 23 Elementos Primarios.


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Fig. 24 Elementos Primarios ( continuacin).


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Fig. 30 Sistemas varios.


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Fig. 31 Sistemas Varios ( continuacin).


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5.3 Resumen S5.2. (Diagramas binarios lgicos para

procesos).

Esta norma lista los smbolos lgicos que representan operaciones de

proceso binarias realizadas por cualquier clase de hardware, sea elctrico,neumtico, hidrulico u otro.

La existencia de una seal lgica puede corresponder fsicamente a la

existencia o no de una seal de instrumentos, dependiendo del tipo particular

del sistema de hardware y de la filosofa del diseo del circuito. Por ejemplo,

el proyectista puede disear una alarma de alto caudal para que sea

accionada por un interruptor elctrico en el que los contactos abran, o bien

cierren, cuando el caudal es alto. Por lo tanto, la condicin de caudal alto

puede ser representada fsicamente por la

ausencia o por la presencia de una seal elctrica.

El flujo de informacin est representado por lneas que interconectan

estados lgicos. La direccin normal del flujo es de izquierda a derecha o de

arriba abajo. Para mayor claridad del diagrama, y siempre que sea necesario,

pueden aadirse flechas a las lneas de flujo.

Es posible que una condicin lgica especfica no sea comprendida cuando

trate a un aparato con dos estados alternativos especficos. Por ejemplo, siuna vlvula no est cerrada, puede ser debido a que la vlvula est

totalmente abierta, o bien a que la vlvula no est cerrada y est en una

posicin intermedia entre casi cerrada y totalmente abierta. La interpretacin

literal del diagrama indica que la segunda posibilidad es la correcta.

En las vlvulas todo-nada el diagrama debe especificar exactamente lo

proyectado. De este modo, si la vlvula debe estar abierta, as debe

establecerse; no debe indicarse que la vlvula est no cerrada.

En contraste, un dispositivo tal como una bomba accionada por un motor,

siempre est funcionando o parada salvo algunas situaciones especiales. El

sealar que una bomba no est en funcionamiento significa que est parada.

Las siguientes definiciones se aplican a los aparatos que tienen posiciones

abiertas, cerradas o intermedias:


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Posicin abierta: Posicin que est 100 % abierta.

Posicin no abierta: Posicin que es menor de 100 % abierta.

Posicin cerrada: Posicin que es O % abierta.

Posicin no cerrada: Una posicin que es mayor que O % abierta.

Posicin intermedia: Una posicin especificada que es mayor de O

% y menor de 100 % abierta.

Posicin no intermedia: Una posicin especificada que es superior o

inferior a la posicin intermedia especificada.

En un sistema lgico que tenga un estado de entrada derivado de modo

inferencial o indirecto, puede presentarse una condicin que conduzca a una

conclusin errnea. Por ejemplo, la suposicin de que existe caudal si unabomba est excitada, puede ser falsa porque una vlvula puede estar

cerrada, o porque el eje de la bomba est roto o por otra causa.

La prdida de alimentacin elctrica, neumtica u otra a memorias o a

otros elementos lgicos, puede afectar la operacin del proceso, por lo que la

fuente de alimentacin o su prdida debe entrarse como entrada lgica al

sistema o a los elementos lgicos individuales. En las memorias, la fuente de

alimentacin puede entrarse como una entrada lgica o en la forma indicadaen los diagramas. Tambin puede ser necesario mostrar el efecto de la

restauracin de la alimentacin.

Definiciones

Los smbolos con tres entradas A, B y C son tpicos de funciones lgicas con

cualquier nmero de dos o ms entradas. En las tablas de la verdad, 0 indica

la no existencia de la entrada lgica o de la seal de salida o el estado dado

en la cabecera de la columna, 1 indica que existe presencia de la seal o

estado de entrada lgica. D indica la existencia de la seal o estado de

salida lgica como resultado de las entradas lgicas apropiadas.


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Fig. 32 Tabla de smbolos lgicos.


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Fig. 33 Tabla de smbolos lgicos ( continuacin)


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5.4 Resumen S5.3 (Smbolos grficos para la representacin

de la lgica, computadores e instrumento de control

distribuido y compartido).

El objeto de esta norma es documentar los instrumentos formados porordenadores, controladores programables, mini ordenadores y sistemas a

microprocesador que disponen de control compartido, visualizacin

compartida y otras caractersticas de interfase. Los smbolos representan la

interfase con los equipos anteriores de la instrumentacin de campo, de la

instrumentacin de la sala de control y de otros tipos de hardware.

El tamao de los smbolos debe ser conforme a la norma ISA-S5.1, a la que

complementa.

Smbolos de visualizacin del control distribuido/compartido.

1. Accesible normalmente al operador-indicador/controlador/registrado o

punto de alarma.

(1) Visualizacin compartida.

(2) Visualizacin y control compartidos.

(3) Acceso limitado a la red de comunicaciones.

(4) Interfase del operador en la red de comunicaciones.

2. Dispositivo de interfase auxiliar del operador.

(1) Montado en panel; cartula analgica; no est montado

normalmente en la consola principal del operador.

(2) Controlador de reserva o estacin manual.

(3) El acceso puede estar limitado a la red de

comunicaciones.(4) Interfase del operador va la red de comunicaciones.


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3. No accesible normalmente al operador.

(1) Controlador ciego compartido.

(2) Visualizacin compartida instalada en campo.

(3) Clculo, acondicionamiento de seal en controlador

(4) Puede estar en la red de comunicaciones.

(5) Normalmente operacin ciega

(6) Puede ser alterado por la configuracin

Smbolos del ordenador.

A utilizar cuando los sistemas incluyen componentes identificados como

ordenadores, diferentes de un procesador integral que excita las varias

funciones de un sistema de control distribuido. El componente ordenador

puede ser integrado en el sistema, va la red de datos, o puede ser un

ordenador aislado.

4. Normalmente accesible al operador-indicador / controlador /

registrador o punto de alarma.

Utilizado usualmente para indicar la pantalla video.

5. Normalmente no accesible al operador.

(1) Interfase entrada/salida.

(2) Clculo / acondicionamiento de seal dentro de un

ordenador.

(3) Puede usarse como controlador ciego o como mdulo

de clculo de software.


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Smbolos de control lgico y secuencial .

6. Smbolo general. Para complejos no definidos interconectando control

lgico secuencial (ver ISA S5.1)

7. Control distribuido interconectando controladores lgicos con

funciones lgicas binarias o secuenciales.

(1) Paquete de controlador lgico programable o

controladores lgicos digitales integrales con el equipo de

control distribuido.

(2) No accesible normalmente al operador.

8. Control distribuido interconectando un controlador lgico con

funciones lgicas binarias o secuenciales.

(1) Paquete de controlador lgico programable ocontroladores

lgicos digitales integrales con el equipo de control

distribuido.

(2) Accesible normalmente al operador.

9. Clculo / acondicionamiento de seal.

(1) Para identificacin de bloques consulte ISA-S5.1 tabla 2

Designaciones de funciones para rels.

(2) Para requerimientos de clculos amplios, use la

designacin C. Aclare en documentacin suplementaria.

(3) Utilizado en combinacin con vlvulas de alivio segn

ISA-S5.1.


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Smbolos comunes.

10. Red del sistema.

(1) Usado para indicar una red de software, o conexion

entre funciones suministradas en el sistema del fabricante.

(2) Alternativamente, la red puede

p&id instrumentacion control de procesos

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