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Universidad Nacional Experimental del Táchira
Departamento de Ingeniería Electrónica
Núcleo de Instrumentación y Control
Simbología e Identificación de Instrumentos (Normas ISA)
Septiembre, 2007
Realizado por:
Prof. Armando J. Briceño A.
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Laboratorio de Instrumentación y Control
Practica sobre Simbología e Identificación de Instrumentos Utilizando la Normativa de la Sociedad Americana de
Instrumentación (ISA).
Objetivos. 1. Clasificar los Instrumentos según:
1.1 La función que desempeñan. 1.2 La variable del proceso que manipulan.
2. Identificar los instrumentos y describir su función según
las normas de la Sociedad Americana de Instrumentación (ISA).
3. Indicar la importancia del Diagrama de Tubería e
Instrumentación D.T.I (P&I.D).
4. Describir la importancia de los Diagramas de Lazos de Control
Procedimiento 1.-Lea con detenimiento la parte teórica de la práctica.
2.-Identifique los instrumentos en el D.T.I suministrado por
el profesor, según su función y según las variables del
proceso, aplicando las normas ISA.
3.-Identifique los lazos de control en el D.T.I.
4.-Realizar tres diagramas de lazos de control del punto 3,
según formato ISA.
5.-Realizar una descripción total del proceso.
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Parte Teórica
Clasificación de Instrumentos.
La gran diversidad de instrumentos de medición y de
control en los procesos industriales hace necesario, para el
profesional en el área, de una clasificación adecuada que le
permita la identificación exacta de cada instrumento. Varias
sociedades internacionales han dirigido sus esfuerzos en
poder normalizar la forma en que se debe identificar los
instrumentos. Una de la más importante es la Sociedad
Americana de Instrumentación (ISA), cuyo objetivo es
establecer un sistema de normas (Códigos y Símbolos) de
aplicación a los instrumentos para las industrias químicas,
petroquímica, refinación, siderurgica, alimento, cemento,
etc.
En general, se considera dos clasificaciones básicas. La
primera, relacionada con la función que desempeña el
instrumento y la segunda, relacionada con la variable del
proceso que el instrumento manipula.
Clasificación del Instrumento según la Función que Desempeña.
Según la función que desempeña el instrumento, podemos
clasificarlos en:
1.-Instrumentos ciegos: Son aquellos que no poseen indicación
visible de la variable tratada (ver figura 1), entre los
cuales tenemos:
1.1 Instrumentos de alarmas: Presostatos y Termostatos
(interruptores de presión y temperatura respectivamente).
1.2 Transmisores sin indicación: Todos aquellos transmisores
que no poseen indicación visible de la variable tratada,
entre los cuales podemos citar los transmisores de caudal,
presión, nivel, temperatura, etc.
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Figura 1.- Instrumentos Ciegos
2.-Instrumentos indicadores: Estos instrumentos poseen una
escala graduada en donde se indica el valor de la variable
por medio de una aguja indicadora. También existen
indicadores digitales que muestran la variable en forma
numérica con dígitos. Entre los instrumentos indicadores
tenemos: indicadores de presión o manómetros, indicadores de
temperatura y de nivel, controladores y cualquier transmisor
con indicación visible de la variable (ver figura 2).
Figura 2.- Instrumentos Indicadores
3.-Instrumentos registradores: Estos instrumentos registran
las variables a través de gráficos, estos gráficos pueden
tener forma circular, rectangular o también pueden ser
digitales (ver figura 3).
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Figura 3.- Instrumentos Registradores
Entre estos instrumentos podemos citar registradores de
presión, nivel, flujo, temperatura, etc.
4.-Instrumentos primarios: Estos instrumentos primarios son
llamados también elementos primarios (sensores), su
característica principal es que están en contacto directo con
las variables del proceso (ver figura 4), los mismos generan
una caída de tensión o un movimiento mecánico proporcional a
la variable del proceso que están sensando.
Figura 4.- Instrumentos Primarios
5.-Instrumentos transmisores: Los transmisores captan la
caída de tensión o el movimiento mecánico generado en los
instrumentos primarios y lo llevan a niveles manejables, para
luego ser transmitidos a cierta distancia en forma de señal
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neumática de 3–15 psi o en forma de una señal electrónica de
4–20 ma (ver figura 5.a, 5.b, 5.c).
También existen transmisores digitales que envían una
señal digital a través de un bus de campo. En algunos casos
el elemento primario puede o no ser parte integral del
transmisor, en la mayoría de los casos estos dos instrumentos
están integrados.
Figura 5.a.- Detalles de Instalación de Instrumentos Transmisores
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Figura 5.b.- Instrumentos Transmisores en Campo
Figura 5.c.- Tipos de Instrumentos Transmisores
6.-Instrumentos convertidores: Son instrumentos que
convierten una señal de entrada en una señal de salida de
diferente naturaleza (ver figura 6). Como ejemplo, un
instrumento P/I convierte una señal neumática de entrada P,
en una señal eléctrica de salida I, y un instrumento I/P
convierte una señal eléctrica de entrada I, en una señal
neumática de salida P.
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Figura 6.- Tipos de Instrumentos Convertidores
7.-Instrumentos controladores: Estos instrumentos reciben la
señal proveniente de los transmisores, la comparan con un
valor de referencia y ejercen una acción correctiva de
acuerdo con dicha comparación. Esta acción correctiva esta
representada por una señal electrónica a la salida del
controlador de 4-20ma o una señal neumática de 3-15 psi o una
señal digital (ver figura 7.a, 7.b). Esta misma señal va
dirigida hacia el elemento final de control.
Figura 7.a.- Instrumentos Controladores
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Figura 7.b.- Tipo de Instrumentos Controladores
8.-Instrumentos finales de control: Estos instrumentos
reciben la señal del controlador para realizar los cambios en
el proceso y mantener a la variable controlada en el valor
deseado (ver figura 8a, 8b). Entre los elementos finales de
control podemos citar las válvulas de control, los
servomotores, resistencias térmicas, etc.
Figura 8.a.-Instrumentos Finales de Control
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Figura 8.b.- Instrumentos Finales de Control
Clasificación del Instrumento según la Variable del Proceso
que Manipula.
De acuerdo a la variable del proceso que manipula el
instrumento, estos se dividen en instrumentos de caudal o
flujo, de nivel, de presión, de temperatura, de densidad, de
humedad, de viscosidad, de posición, de frecuencia, de
fuerza, etc.
Identificación de Instrumentos según ISA.
ISA en la identificación o designación de instrumentos
siempre utiliza las dos clasificaciones expuestas
anteriormente. Entonces existen transmisores ciegos de
presión, controladores registradores de temperatura,
controladores ciegos de caudal, controladores indicadores de
nivel, etc.
En la figura 9 y 10, podemos observar la descripción de
diferentes instrumentos, así como también sus posibles
ubicaciones. En la ubicación de instrumentos se considera el
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campo y el panel (sala de control). El campo se refiere a
instrumentos que se encuentran físicamente ubicados en la
planta o en el proceso propiamente dicho. El panel (sala de
control) se refiere a instrumentos ubicados en la sala del
operador, la misma puede estar ubicada algunos metros de
distancia de la planta o del proceso.
Figura 9.- Descripción y ubicación de instrumentos
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Figura 10.- Ubicación de instrumentos
Generalidades de la norma ISA- S5.1
A continuación se describe los aspectos más importantes,
que debe conocer el estudiante para poder identificar los
diferentes instrumentos existentes en la industria según
normativa ISA-S5.1. Cada instrumento debe identificarse con
un sistema de letras y números que lo clasifiquen de acuerdo
a la función que desempeña y de acuerdo con la variable del
proceso que manipula. Una identificación que sirve como
ejemplo es la siguiente:
Podemos observar en el ejemplo, que el instrumento esta
identificado con letras, números y un círculo, analicemos
cada una de las partes: La primera letra es la P de presión,
la cual es la clasificación según la variable del proceso que
manipula el instrumento. Si la primera letra hubiese sido T,
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entonces la variable seria la temperatura. Las letras RIC son
llamadas letras sucesivas, las cuales identifican al
instrumento de acuerdo a la función que desempeña. En este
caso R significa registro, I significa indicación y C
significa control. Por tanto, nuestro instrumento según la
variable del proceso y según la función que desempeña lo
podemos clasificar como “un controlador indicador y
registrador de presión”.
El número 201 se divide en dos partes: la primera parte,
el número 2, indica el área o zona de la planta donde se
encuentra ubicado el instrumento. Para nuestro caso el área
de la planta por lo menos esta dividida en dos zonas, nuestro
instrumento se encuentra ubicado en la zona 2. La segunda
parte, el numero 01 representa el número asignado al
instrumento, es decir, que nuestro instrumento es el 01 de la
zona 2. En resumen, identificamos al instrumento PRIC 201
como un registrador, indicador y controlador de presión, con
el número 01, ubicado en la zona 2.
El circulo alrededor de las letras y los números se llama
comúnmente “globo”, este sirve para indicar en dónde está
localizado el instrumento, es decir, sí es local o está en
panel (sala de control). A continuación presentamos la figura
11, en donde se da un ejemplo de un controlador de flujo,
numero 17, de la zona 1, ubicado localmente, en sala de
control y detrás del panel. Cabe resaltar que el significado
que se le da a la frase “detrás del panel” es “no acceso al
operador”, es decir, el operador no tendrá acceso a este
instrumento ubicado en sala de control.
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Figura 11.- Símbolos de globos, letras y números
La tabla 1, es un resumen de las normativas ISA para la
identificación y clasificación de instrumentos, esta tabla es
ampliamente utilizada en la industria para la elaboración de
los diagramas de instrumentación y tubería. En la misma, se
observa en la primera columna (1ª Letra), la primera letra
que identifica la variable del proceso que manipula el
instrumento, y en la segunda columna (Letras sucesivas), se
presenta las funciones que desempeñan los instrumentos.
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Tabla 1.- Letras de identificación
(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 módulo 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 sólo una vez o un
número limitado de veces. Se recomienda que su significado
figure en el exterior del círculo de identificación del
instrumento. Ejemplo: XR-3 registrador de vibración.
(3) Cualquier letra primera si se utiliza con las letras de
modificación D (diferencial), F (relación) o Q (integración)
o cualquier combinación de las mismas cambia su significado
para representar una nueva variable medida. Por ejemplo, los
instrumentos TDI y TI miden dos variables distintas, la
temperatura diferencial y la temperatura, respectivamente.
(4) La letra A para análisis, abarca todos los análisis no
indicados en la tabla 1, que no están cubiertos por una letra
libre. Es conveniente definir el tipo de análisis al lado del
símbolo en el diagrama de proceso.
(5) El empleo de la letra U como multivariable en lugar de
una combinación de primeras letras, es opcional.
(6) El empleo de los términos de modificaciones alto, medio,
bajo, medio o intermedio y exploración, es preferible pero
opcional.
(7) El término seguridad, debe aplicarse sólo 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 válvula autorreguladora de
presión que regula la presión de salida de un sistema
mediante el alivio o escape de fluido al exterior, debe ser
PCV, pero si esta misma válvula se emplea contra condiciones
de emergencia, se designa PSV.
La designación PSV se aplica a todas las válvulas
proyectadas para proteger contra condiciones de emergencia de
presión sin tener en cuenta las características de la
válvula, y la forma de trabajo la colocan en la categoría de
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válvula de seguridad, válvula de alivio, o válvula de
seguridad de alivio.
(8) La letra de función pasiva vidrio, se aplica a los
instrumentos que proporcionan una visión directa no calibrada
del proceso.
(9) La letra indicación 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 indicación de ésta.
(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 período de
tiempo terminado se designará 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 única L. Por ejemplo, una luz
piloto de marcha de un motor eléctrico puede identificarse
EL, suponiendo que la variable medida adecuada es la tensión,
o bien XL, suponiendo que la luz es excitada por los
contactos eléctricos auxiliares del arrancador del motor, o
bien simplemente L. La actuación de la luz piloto puede ser
acompañada por una señal audible.
(11) El empleo de la letra U como multifunción en lugar de
una combinación de otras letras, es opcional.
(12) Se supone que las funciones asociadas con el uso de la
letra sucesiva Y se definirán en el exterior del símbolo del
instrumento cuando sea conveniente hacerlo así.
(13) Los términos alto, bajo y medio o intermedio deben
corresponder a valores de la variable medida, no a los de la
señal a menos que se indique de otro modo. Por ejemplo, una
alarma de nivel alto derivada de una señal de un transmisor
de nivel de acción inversa debe designarse LAH incluso aunque
la alarma sea actuada cuando la señal cae a un valor bajo.
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(14) Los términos alto y bajo, cuando se aplican a válvulas,
o a otros dispositivos de cierre-apertura, se definen como
sigue:
Alto: indica que la válvula está, o se aproxima a la posición
de apertura completa.
Bajo: denota que se acerca o está en la posición
completamente cerrada.
Se sugieren las siguientes abreviaturas para representar
el tipo de alimentación.
AS: Alimentación de aire
ES: Alimentación eléctrica
GS: Alimentación de gas
HS: Alimentación hidráulica
NS: Alimentación de nitrógeno
SS: Alimentación de vapor
WS: Alimentación de agua
A continuación se muestran los símbolos de las diferentes
señales utilizadas en el control de procesos:
* Línea o tubería principal del proceso.
** El símbolo se aplica también a cualquier señal que emplee
gas como medio de transmisión. Si se emplea un gas
distinto del aire debe identificarse con una nota al lado
del símbolo o bien de otro modo.
*** Los fenómenos electromagnéticos incluyen calor, ondas de
radio, radiación nuclear y luz.
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Simbología
El otro aspecto importante para la identificación de
instrumento son los símbolos utilizados, estos símbolos están
clasificados en:
• Símbolos generales
• Símbolos para válvulas de control
• Símbolos para actuadores
• Símbolos para sistemas de regulación y de alivio
• Símbolos varios
• Símbolos para elementos primarios
• Símbolos para sistemas varios
A continuación se presentan la mayoría de símbolos
utilizados y establecidos por la normativa ISA.
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Simbolos para la Visualizacion del Control Distribuido
El control distribuido aparece en los años setenta,.
dirigido a solucionar problemas de control de fabricas con un
gran nuemero de lazos de control basandose en el gran
desarrollo de los microprocesadores. En este sentido, al
aparecer el sistema de control distribuido las salas de
control presentaron un cambio significativo ya que los
espacios ocupados por los equipos del control clasico fueron
sustituidos por uno o varios monitores (TRC), en los cuales,
el operador a traves del teclado, debia examinar las
variables del proceso, las caracteristicas de control, las
alarmas, etc, sin perturbar el control de la planta y con la
opcion de cambiar cualquier caracteristica de control de las
variables del proceso (ver figuras 12 y 13.a,13.b, 13.c).
El primer sistema de controlador distribuido para la
industria aparecio en noviembre de 1975 y fue fabricado con
la Honeywell llamado TDC 2000.
Figura 12.-Sala de control con la instrumentación clásica
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Figura 13.a.- Sala del sistema de control distribuido
Figura 13.b.- Sala del sistema de control distribuido
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Figura 13.c.- Sala del sistema de control distribuido
Simbología Norma ISA –S5.3
La norma ISA S5.3 presenta la simbología de instrumentos
relacionados con sistema basados en microprocesadores
(sistema de control distribuido), sistemas que disponen de
computadores personales y sistema basados en controladores
lógicos programables (PLC).
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Símbolos del Computador
Se utilizan cuando los sistemas incluyen componentes
identificados como computadores, diferentes de un procesador
integral que excita las varias funciones de un sistema de
control distribuido. El componente computador puede ser
integrado en el sistema, vía la red de datos, o puede ser un
computador aislado.
Símbolos de Control Lógico Programable (PLC) y/o Secuencial
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Descripción e importancia del Diagrama de Instrumentación y
Tubería (D.T.I).
El diagrama de instrumentación y tubería representa una
sección detallada de la planta o del proceso en estudio, en
el cual se incorporan detalles de ingeniería mecánica, como:
diámetros de líneas de tuberías, reducciones, tomas del
procesos, aislamiento térmico, etc; y también se incorporan
todos los instrumentos involucrados con el control,
indicación, y registro de las diferentes variables del
proceso en esa sección.
La forma sajona de llamarlos es P&ID, la cual tiene dos
interpretaciones, ambas validas. La primera Piping and
Instruments Diagram. La segunda es Process and
Instrumentation Diagram. Es necesario aclarar que este
diagrama no necesariamente tendrá alguna relación con la
distribución física de equipos de planta. Sin embargo, será
una buena práctica el que ambos documentos guarden cierta
analogía. Los espacios físicos no serán representados a
escala en el DTI, así como las distancias entre los
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instrumentos de campo y los instrumentos en paneles locales o
en sala de control.
El diagrama de flujo completo esta formado por varios
DTI, por lo tanto cada uno de ellos deberán mostrar las
líneas de referencia de interconexión entre DTI`s. Los DTI
son generados en conjunto con las disciplinas de química,
mecánica e instrumentación, debido a que este documento será
la base para el diseño de los detalles que siga a esta fase
para todas las disciplinas.
El DTI será también la esencia fundamental de la
filosofía del control de proceso en estudio. Por ello ninguna
fase posterior deberá ejecutarse antes de tener estos
documentos claramente desarrollados y aprobados por las
partes interesadas. En la figura 14, observamos un DTI de una
torre de fraccionamiento, utilizando instrumentación clásica
y en la figura 15, observamos otro DTI, en donde se utiliza
instrumentación clásica e instrumentación basada en
microprocesadores.
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Figura 14.- Diagrama de Instrumentación y Control (DTI) de
una torre de fraccionamiento
Figura 15.- Diagrama de Instrumentación y Control (DTI) de un
sistema de combustión
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Descripción e importancia de los lazos de control
Los lazos de control representan los circuitos o lazos
cerrados formados generalmente por un elemento sensor, un
transmisor, un controlador y un elemento final de control, es
decir, un sistema de control realimentado. Sin embargo,
existen otras técnicas adicionales de control que se tratan
como lazos cerrados a pesar de que no son controles
realimentados propiamente dichos.
En la figura 10 se puede observar un lazo de control
típico de temperatura, el mismo presenta un lazo cerrado
compuesto por un elemento sensor de temperatura, un
transmisor de temperatura, el controlador, un convertidor y
una válvula como elemento final de control.
Diagramas de lazos
Los diagramas de lazos de control representan los
diagramas de conexiones entre los instrumentos existentes en
el DTI. La norma ISA establece el formato en que deben de
representarse los diagramas de lazos de control. Estos
formatos son de mucha utilidad en el área de mantenimiento ya
que los mismos son utilizados para corregir las posibles
fallas de comunicación entre instrumentos. Las figuras 16, 17
y 18 presentan diferentes tipos de lazos de control según
normativa ISA.
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Figura 16.- Diagrama de Lazo Neumático
Figura 17.- Diagrama de Lazo para Señales Eléctricas
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Figura 18.- Diagrama de Lazo de un Control de Nivel