I1 Principios Basicos de Instrumentacion(1)

7/28/2019 I1 Principios Basicos de Instrumentacion(1)

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Instrumentacin

J ean-Franois DULHOSTE Escuela de Ingeniera Mecnica - ULA

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IINNSSTTRRUU MMEENNTTAA CC IINN

TTeemmaa 11.. PPrriinncciippiiooss bbssiiccooss ssoobbrree iinnssttrruummeennttaacciinn..

DDeeffiinniicc iinnEs la tcnica de utilizar aparatos de medicin o de medicin y control con el propsito de identificar el valor de ciertasvariables, fsicas o qumicas y frecuentemente con el propsito de mantener esas variables dentro de limitaciones

especficas.

IImmppoorrttaanncciiaaLos instrumentos realizan la actividades de medicin y control

Liberan al hombre de su actuacin fsica directa en procesos industriales Permiten la labor de supervisin y vigilancia del proceso de salas de control ubicadas a cierta distancia del

proceso

Permiten la fabricacin de productos complejos, de mejor calidad, en menor tiempo y con menor costo.Su importancia es principalmente de orden econmico, seguridad y confort humano.

VVeennttaajjaass ddee uunn pprroocceessoo bbiieenn iinnssttrruummeennttaaddoo1. Ahorro de material y tiempo. Ya que puede mantener mejor la consistencia y calidad del producto y por tanto

se ahorra materia prima. Se reducen costos, y esto permite competir a base de calidad y precio.

2. Computo de costos. Con instrumentos que miden la cantidad de material utilizado.3. Seguridad de la Planta. En reas de peligro: Fuego, gases txicos, explosiones. Los instrumentos pueden

detectar el peligro inminente de esta situacin y activar sistemas de emergencia.

4. Actuacin instantnea. Los instrumentos actan coordinada e instantneamente, y gracias a esto pueden existirprocesos complejos de mltiples variables. Esto es imposible realizarlo en forma manual.

5. Permite observar el estado de aparatos y mquinas.

CCaammppoo ddee aappll iiccaacciinn ddee llaa iinnssttrruummeennttaacciinn

Procesos industriales Transporte Campo militar Medicina

CCllaassii ffiiccaacciinn ggeenneerraall ddee llooss iinnssttrruummeennttooss

De acuerdo a su funcin en el proceso

Instrumento de medicin

Nos permite conocer o registrar el valor de una variable.

Elementos primarios (Sensores)Son los que estn en contacto directo con la variable y utilizan o absorben la energa del medio controlado.

Instrumentos ciegos

Es el instrumento que no tiene indicacin visible de la variable, por ejemplo los instrumentos de alarma que emiten una

seal una vez que la variable h alcanzado un valor determinado. Los transmisores son tambin considerados por logeneral como instrumentos ciegos

Indicadores


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Indican con una aguja en una escala graduada, en una pantalla digital o en una escala de colores el valor de una variable.

Registradores

Registran el valor de una variable a trazo continuo o a pulsos. Sobre una carta graduada que puede ser circular orectangular o en una memoria de computadora.

Los registradores grficos suelen dar una vuelta en 24 horas, los de grfico circular suelen ir a una velocidad de20mm/hr.

Instrumentos de control

Forman parte de un circuito de control, reciben y envan seales a fin de mantener una o ms variables en una condicindada

Transmisores

Captan la variable por medio de un sensor y la transmiten a distancia en forma de seal estandarizada. Esta seal puede

ser neumtica, elctrica, digital o de otro tipo. Estos se nombran de acuerdo a la variable que manejan,


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Controladores

Comparan una seal funcin de una variable, enviada por un transmisor, con la seal de referencia y ejercen una accin

de control.

Elemento final de control

Recibe una seal del controlador y modifica el caudal del fluido (vlvulas de control) o agente de control. Amplifica o

disminuye el valor de la variable.

Instrumentos de medicin y control

Efectan las dos funciones: medir y controlar.

Instrumentos auxiliares

Son los que se usan para modificar seales o para ejercer funciones complementarias.

Transductores

Cambian el sentido fsico de la variable. El valor que le llega en forma fsica es adaptado al sistema de control.

ConvertidoresReciben una seal de salida neumtica o electrnica y la modifican para enviar una seal estandarizada, sin cambiar el

sentido fsico de la variable.

Integrador

Detecta la variable y la acumula a travs del tiempo.

Receptores

Reciben la seal procedente de un transmisor y la indica, registran o realizan una accin de control.

Rel computador

Es un instrumento que efecta operaciones aritmticas con una o ms entradas, siendo la salida proporcional a la

operacin aritmtica realizada. Puede ser diferencial, totalizador, extractor de raz cuadrada, etc.

De acuerdo a su estructura interna

Instrumentos a circuito abierto

Sus componentes estn unos a continuacin de otros. La salida de un componente es la entrada del siguiente.

Caractersticas:

Trabajan con energa del proceso El error es acumulativo. Los errores de cada componente se suman algebraicamente

Ejemplo un medidor de presin.


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Instrumento a circuito cerrado

La salida se compara continuamente con la entrada a fin de hacerlas corresponder todo el tiempoCaractersticas:

Necesitan energa externa para su funcionamiento El error de cada componente no es muy importante, puesto que el instrumento trabaja con el error al hacer la

comparacin. Mientras exista error el instrumento estar trabajando.

Ejemplo, la balanza automtica.

De acuerdo al tipo de energa que consume

Instrumentos MecnicosTodos los componentes son mecnicos. Uso solo seales de desplazamientos.

Instrumentos elctricos

Componentes elctricos. Con seales de voltaje, amperaje, frecuencia, etc.Estos se clasifican su vez en:Analgicos. Con una seal continua. Sistemas eclcticos sencillos como galvanmetros ampermetrosDigitales. Con una seal discreta o discontina en el tiempo. Usan un microprocesador para programar las funciones.

Base indeformable

Tubo de

Bourdon Pin Pivote

Brazo articuladoCremallera

Fuerza a

medir Transductor

desplazamiento

voltaje Peso

conocido

Motor

Pivote

Amplificador


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Instrumentos neumticos

Emplean aire a presin para su funcionamiento.

Instrumentos Hidrulicos

Emplean un fluido a presin para su funcionamiento.

Instrumentos que utilizan varios tipos de energa

Instrumentos electroneumticos o electrohidralicos, etc

SSmmbboollooss yy ddiiaaggrraammaass ddee llaa IInnssttrruummeennttaacciinnLa finalidad de estos smbolos es uniformizar de manera prctica todos los planos de industrias donde existan

instrumentos. Para de esta manera simplificar el trabajo de reconocimiento y ubicacin de los instrumentos.

Un diagrama de instrumentacin esta compuesto principalmente por:

Smbolos: Cualquier figura utilizada para representar un instrumento. Letras y nmeros: Se usan para identificar instrumentos y lazos de control. Lneas: se usan para interconectar instrumentos entre si o con el proceso.

Estos smbolos y diagramas se rigen por ciertas normas que permiten la lectura de los planos por cualquier ingeniero del

rea. Es de notar que estas normas no son de uso obligatorio sino simplemente recomendaciones, ya que son el fruto de

estudios y acuerdos de organizaciones o sociedades de ingenieros en el rea. Si embargo el uso de estas permite elintercambio de informacin entre profesionales del rea, y en algunos casos, en que se deban presentar estos diagramas a

organismos nacionales, para solicitar permisos o certificaciones, entonces si existe el carcter obligatorio de uso de las

normas para su presentacin.

Existen diversas normas para diagramas de instrumentacin las principales son las ANSI/ISA S5.1 1984, de

identificacin de instrumentos y sistemas de control en un plano, que son las usadas para los diagramas de

instrumentacin generales en Venezuela. Existen adems normas realizadas por la misma organizacin, las cualesgeneralmente se refieren a instrumentos de un tipo particular o usos especiales, estas normas pueden ubicarse en

http://www.isa.org/standards/

Normas ANSI/ISA S5.1 1984: de identif icacin de instrumentos y s istemas decontrolA continuacin se presenta un resumen de los aspectos ms importantes de las normas ANSI/ISA S5.1 1984.

Reglas generales

1. Los instrumentos se representan por cdigos y smbolos. El cdigo est conformado por letras y nmeros loscuales identifican la funcionabilidad del instrumento y el lazo a el cual pertenecen.

2. Deben emplearse letras maysculas par indicar la funcionabilidad del instrumento y nmeros para indicar ellazo a el cual pertenece el instrumento. El nmero de letras debe ser mnimo y no exceder de 4.

3. Cada instrumento se puede representar por un smbolo que normalmente incluyen un crculo dentro del cual seescribe el cdigo de identificacin.

CODNUM

CODNUM

CODNUM

Instalado en proceso Instalado en panel Instalado detrs del panel

Dimetro

7/16 o 11 mm


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Reglas de identificacin funcional

1. La identificacin de la funcin de un instrumento se hace de acuerdo a la tabla de letras de identificacin, paralo cual se deben seguir los siguientes pasos:

La primera letra indica la variable medida Las letras subsiguientes indican las funciones del instrumento.Por ejemplo:

2. La identificacin funcional de un instrumento debe hacerse de a cuerdo a la funcin y no de acuerdo al tipo deinstrumento por su construccin. Por ejemplo un indicador de nivel derivado de un transmisor de presin debe

indicarse como LI.3. Cuando el nmero de letras excede de 4 el instrumento puede identificarse con dos crculos. Por ejemplo:

4. El instrumento que indica y registra la misma variable medida puede omitirse la letra I de indicacin. Porejemplo:

5. Si un lazo dado tiene ms de un instrumento que realizan la misma funcin, se debe usar un sufijo. Por ejemplo:

6. Un instrumento que realiza dos o ms funciones puede designarse por todas sus funciones. Por ejemplo, unregistrador de presin de dos plumas 7 y 8 se designa por PR-7/8, una alarma para temperatura alta y baja

TAH/L.

7. Los accesorios para instrumentos tales como rotmetros de purga, filtros, cmaras de sello que no estnrepresentados explcitamente en un diagrama pueden emplear el mismo nmero de identificacin que el de sus

PR7/8

Registrador de presin de dos plumas para

lazos 7 y 8Alarma de temperatura alta y baja

TAH/L1

FT5-1

Dos transmisores de flujo pertenecientes al lazo 5

FT5-2

LR3

Un indicador y registrador de nivel

LIR3

FFRT3

Transmisor registrador de relacin de flujo con interruptor de alarma del lazo 3

FFS3

TR1

RT2

FCI3

Registrador de

temperatura

Transmisor de

radioactividadControlador e indicador de

flujo


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instrumentos asociados, pero con palabras aclaratorias. Por ejemplo:

Reglas para identificacin del lazo

1. La identificacin del lazo a el cual pertenece un instrumento debe hacerse asignndole un nmero de lazo. Cadalazo del proceso tendr un nmero nico.

2. Un instrumento que es comn a dos o ms lazos puede tener un nmero de lazo separado. Por ejemplo:

3.

Reglas para los smbolos

1. Los instrumentos se representan por un crculo dentro del cual se coloca su cdigo de identificacin.2. Las lneas de seales pueden ser dibujadas en un diagrama entrando o saliendo de la parte apropiada del

smbolo con cualquier ngulo. Se pueden aadir flechas de direccin de seales.

3. La alimentacin neumtica, elctrica o de otro tipo no es necesario mostrarla, a menos que sea esencial paracomprender la operacin del instrumento del lazo.

4. An cuando dos instrumentos puedan estar interconectados fsicamente por ms de una lnea se usa una solalnea de seal para representar la interconexin entre ellos.

TT2

Transmisor electrnico de temperaturaSeal elctrica de alimentacin

no es necesaria

FE5

Lnea de aire PDI

7

FE6

PDI

5/6

FE7brida

Brida para la placa orificio FE-7 Rotmetro regulador de purga asociado a

un manmetro PI-8

PI8purga


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Letras de identificacin de instrumentos

Primera Letra Letras succesivas

Variable medida Letra de

modificacin

Funcin de lectura

pasiva

Funcin de salida Letra de

modificacin

A Anlisis (4) Alarma

B Llama (quemador) Libre (1) Libre (1) Libre (1)

C Conductividad ControlD Densidad o pesoespecfico

Diferencial (3)

E Tensin (f.e.m.) Elemento primario

F Caudal Relacin (3)

G Calibre Vidrio (8)

H Manual Alto (6, 13, 14)

I Corriente elctrica Indicacin (9)

J Potencia Exploracin (6)

K Tiempo Estacin de control

L Nivel Luz piloto (10) Bajo (6, 13, 14)

M Humedad Medio o intermedio

(6, 13)

N Libre (1) Libre (1) Libre (1) LibreO Libre (1) Orificio

P Presin o vaco Punto de prueba

Q Cantidad Integracin (3)

R Radiactividad Registro

S Velocidad o

frecuencia

Seguridad (7) Interruptor

T Temperatura Transmisin o

transmisor

multifuncin (11)

U Multivariable (5) Multifuncin (11) Multifuncin (11)

V Viscosidad Vlvula

W Peso o fuerza Vaina sin clasificar

X Sin clasificar (2) Sin clasificar rel ocomputador (12)

Sin clasificar

Y Libre (1)

Z Posicin Elemento final de

control sin clasificarNotas enumeradas

1 La letras libres se emplean para cubrir las designaciones no normalizadas que aparecen repetidamente en un proyecto. Estas pueden tener unsignificado como primera letra y otro como letra sucesiva.

2 La letra sin clasificar X, puede emplearse en las designaciones no indicadas que se utilizan solo una vez o un nmero limitado de veces

3 Al utilizar las primeras letras con las letras de modificacin D (diferencial), F (relacin) o Q (integracin) o cualquier combinacin de lasmismas cambia su significado para representar una nueva variable. Por ejemplo, los instrumentos PDI y PI indican dos variables diferentes

presin diferencial y presin.

4 La letra A para anlisis comprende todos los anlisis no representados por una letra libre. Es conveniente definir el tipo de anlisis al lado delsmbolo en el diagrama del proceso.

5 La letra U se puede emplear como multivariable en lugar de la combinacin de las primeras letras. La seleccin es opcional.

6 El empleo de los trminos de modificacin alto, medio, bajo y exploracin es preferible pero opcional

7 El termino seguridad debe aplicarse solo a los elementos primarios y a los elementos finales de control para situaciones de emergencia

8 La letra funcin pasiva vidrio, se aplica a los instrumentos que proporcionan una visin directa no calibrada del proceso.

9 La letra indicacin se refiere a la lectura de una medida real del proceso. No se aplica a la escala de ajuste manual si no hay indicacin de sta.

10 Una luz piloto que es parte de un lazo de control debe designarse por la primera letra seguida de la letra L.

11 El empleo de la letra U como multifuncin es opcional

12 Las funciones asociadas con el uso de la letra Y se definen en el exterior del smbolo del instrumento cuando sea conveniente hacerlo as.

13 Los trminos alto, bajo y medio deben corresponder a valores de la variable medida, no a los de la seal, a menos que se indique lo contrario.

14 Los trminos alto y bajo, cuando se aplican a valores o a otros dispositivos de cierre apertura, se definen como sigue: Alto: indica que lavlvula est o se aproxima a la apertura completa. Bajo: denota que se acerca o esta en la posicin completamente cerrada.


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Smbolos para lneas y seales

a) conexin elctrica

b) Alimentacin de instrumentos

Seal neumtica

Seal elctrica

Tubo capilar

Seal hidrulica

Seal electromagntica o snica

Enlace mecnico

Smbolos adicionales

Smbolos para vlvulas de control

Vlvula de globo o

compuerta

Angulo Mariposa persiana o

compuerta

Obturador rotativo o

vlvula de bola

Tres vas Cuatro vas (opcin A) Cuatro vas (opcin B) Sin clasificar

Smbolos para actuadotes de vlvulas

Diafragma con muelle sin

posicionador

Diafragma con muelle con

piloto (posicionadorvlvula solenoide )

Motor rotativo Electrohidrulico

Solenoide Cilindro de simple accin Cilindro de doble accin Actuador manual

S

E/HM

X


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Vlvula con

actuador dediafragma y

controlador

de flujoSin clasificar Para vlvula de alivio o de

seguridad

Elementos primarios de caudal

Placa orificio con tomas en

la brida o cmara anular

Placa orificio con tomas en

la vena contrita o en latubera

Placa orificio con accesorio

de cambio rpido

Tubo de pitot

Tubo vnturi o tobera Canal medidor Vertedero Elemento de turbina

Rotmetro Totalizador e indicador de

caudal por desplazamientopositivo

Smbolos vrios

Luz piloto Sello qumico Enclavamiento lgico sin

definir o complejo

Enclavamientos lgicos

predefinidos. Si existen

todas las entradas y si se

existe una de las entradas

AND ORI

FQI

11

FE

10

FE9

FE8

FE7

FE6

FE5

FE4

FE3

FE2

FC1

X


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Ejemplos de diagramas de instrumentacin

Esquema de un control de temperatura de rango partido

Productocaliente

Intercambiadores de

calor

Producto fro

Drenaje

Vapor Condensado

Agua fra

Seal de

referencia

TT1

TC2

M3

E/N

converter

FE

1

Mezcla

Seal de

referencia

Producto A

Producto B

PDT

2

PDY3

FE4

FC6

PDT5

Control de una mezcla de componentes

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