INTRODUCCIN A LA INSTRUMENTACION INDUSTRIAL

INTRODUCCIN A LA INSTRUMENTACION INDUSTRIALCONTROL AUTOMTICOUn sistema de control automtico lo conforman una serie de componentes combinados, o arreglos, en tal forma de producir un resultado til o accin con poca o ninguna manipulacin humana.

AUTOMATIZACIN:Es el acto de convertir la operacin de un proceso industrial a parcial o completamente automtica, Esta en general se divide en dos tipos a saber:

Automatizacin de Maquinas Automatizacin de Procesos Automatizacin de MaquinasRelacionado principalmente con tiempo, posicin y dimensin. Un buen ejemplo es un dispositivo para mover automticamente piezas en un ciclo de tiempo dado.

Automatizacin de ProcesosRelacionada con el control de variables de proceso como: flujo, temperatura, presin, Ph, densidad, viscosidad, conductividad, etc.

DIAGRAMA DE BLOQUESEn este tipo de representacin, las trayectorias de transferencia de informacin se muestran como lneas llenas que conectan rectngulos.

Estos rectngulos representan componentes de control o procesos que puedan experimentar algn cambio. Otro smbolo es un circulo que representa un punto de suma, la operacin algebraica apropiada se indica por un signo ms (+) y/o menos (-) SISTEMA DE CONTROL EN LAZO ABIERTO

Kc = ControladorKv = Elemento Final de Control (EFC)Kp = Proceso

LAZO DE CONTROL ABIERTO

SISTEMA DE CONTROL EN LAZO CERRADOKc = ControladorKv = Elemento Final de Control (EFC)Kp = ProcesoKt = Medios de medicin y transmisin e = errorb = variable medidar = valor de referencia (S.P.)

LAZO DE CONTROL CERRADOELEMENTOS DEL SISTEMA DE LAZO CERRADOTransductor: Es un elemento o dispositivo que convierte un tipo de energa o seal en otra forma de seal. Estos a su vez se dividen en Pasivos y Activos:

T. Pasivos: Requieren de una fuerza electromotriz para generar energa elctrica. Ejm: termistores, RTD, galgas extensiomtricas.

T. Activos: No requieren de tensiones externas para generar seales elctricas. Ejm: Las termocuplas.

ELEMENTOS DEL SISTEMA DE LAZO CERRADOElemento Primario de Medicin Sensor: Elemento que se ubica en el proceso para captar las variaciones de control. Capta una seal y la convierte en otro tipo de seal para ser entregada al transmisor.

ELEMENTOS DEL SISTEMA DE LAZO CERRADO

Convertidor:Dispositivo que convierte un tipo de energa en otra pero con entrada y salida normalizada. Ejm: Convertidor I/P, P/I, I/V (1 - 5v.)

ELEMENTOS DEL SISTEMA DE LAZO CERRADO

Transmisor:Instrumento que recibe o carga una seal de la variable de proceso a travs del Elemento Primario de Medicin y emite una seal estandarizada para ser medida o comparada.

ELEMENTOS DEL SISTEMA DE LAZO CERRADOControlador:Es un sistema que permite modificar el proceso a un valor deseado. Recibe una seal de error, que es la diferencia entre el valor deseado (Set Point) y la seal medida a travs del Transmisor. A la salida del controlador se obtiene una seal o variable correctora, la cual se aplicar al Elemento Final de Control para modificar el proceso a travs del agente de control.

ELEMENTOS DEL SISTEMA DE LAZO CERRADOElemento Final de Control: Es un dispositivo que recibe la seal del Controlador para actuar y modificar el agente de control. Puede ser elctrico o neumtico.

ELEMENTOS DEL SISTEMA DE LAZO CERRADOIndicador:Instrumento que recibe la seal controlada o medida y nos indica en una escala, o en forma numrica, el valor de sta en el instante en que se mide. Puede ser analgica o digital.

ELEMENTOS DEL SISTEMA DE LAZO CERRADORegistrador:Instrumento que grfica las variaciones de la seal deseada durante el tiempo que se ejecuta el proceso.

VARIABLES QUE INTERVIENEN EN UN PROCESO REALIMENTADO

Variable Controlada:Es la variable del proceso continuo en todo el sistema de control. Se define como la cantidad, condicin o valor que se mide y controla. Normalmente esta variable es la salida del sistema. Ej: Temperatura, Nivel, Velocidad, etc. Variable Medida:Es la variable entregada por el transmisor la cual ser leda o graficada. La variable medida va a ser comparada con el valor deseado en el controlador.

Variable Correctora:Es la variable entregada por el controlador, es consecuencia del tratamiento de la seal de desviacin.

Variable Manipulada:Es la cantidad o condicin que puede ser modificada por el controlador a fin de afectar la variable controlada. Tambin se le conoce como seal actuante.VARIABLES QUE INTERVIENEN EN UN PROCESO REALIMENTADOISA:Instruments Society of AmericaSAMA: Scientific Aparatus Maquers AssocietSI:Sistem International.DIN:Deutsh Instruments NormanINSTITUCIONES QUE NORMAN EL USO DE INSTRUMENTOSSIMBOLOS Y DIAGRAMASLos smbolos y diagramas son usados en el control de procesos para indicar la aplicacin en el proceso, el tipo de seales empleadas, la secuencia de componentes interconectadas y de alguna manera, la instrumentacin empleada.

La Sociedad de Instrumentistas de Amrica (ISA por sus siglas en ingles Instruments Society of America) publica normas para smbolos, trminos y diagramas que son generalmente reconocidos en la industria. Este capitulo esta basado en esas normas y ayudara a utilizar e interpretar los smbolos utilizados en el control de procesos.Identificacin del InstrumentoLos instrumentos son generalmente identificados por nmeros en una etiqueta. El nmero de la etiqueta identifica :

1.- La funcin en el proceso2.- El lazo de control en el cual est localizado.

La figura 2-1 indica cmo las letras y los nmeros son seleccionados y agrupados para lograr una rpida identificacin.Identificacin del Instrumento

Identificacin del Instrumento segn ISAFig. 2-1 Letras y Nmeros Utilizados para Nmeros de EtiquetasLa funcin o variable de proceso puede ser fcilmente asociada con el tipo de medicin hecha en el proceso. As, el FRC (Flow Recorder Controler por sus siglas en ingles) mostrado en la figura. 2-1 identifica un controlador registrador de flujo.

Las letras del alfabeto son utilizadas para formar la combinacin de estos nombres.

En la figura. 2-2 su muestra la tabla con las letras correspondientes a cada termino.Identificacin del Instrumento

Fig. 2-2 Identificacin del Instrumento con LetrasSmbolos EstndarEn los diagramas los nmeros de la etiqueta son colocados dentro de crculos. La figura 2-3 muestra varias normas de arreglos de crculos.

Note que la identificacin funcional est siempre en la mitad superior del globo mientras que el nmero del lazo de control est en la mitad inferior. Una lnea dibujada en el centro indica un instrumento montado en el panel de control.

Un circulo sin lnea en el centro indica que est montado en forma local o en el campo. Una lnea punteada indica que est montado atrs del tablero de control Cuando dos crculos son dibujados unidos (figura 2-3) estn indicando mltiples funciones.

Smbolos EstndarLneas de Conexin de InstrumentosLas seales de instrumentacin utilizadas en el control de procesos son usualmente de los siguientes tipos:

Neumtica, electrnica (elctrica), capilar,hidrulica, snica o indicando radioactividad.

Cada seal tiene un smbolo diferente y los smbolos son mostrados en la figura 2-4.

Lneas de Conexin de InstrumentosSmbolos en el Control de ProcesosLos smbolos de los instrumentos que representan un proceso de intercambio de calor estn mostrados en la figura 2-5.

Note que se utilizan varios elementos primarios y varios tipos de seales son utilizados.

Aunque las seales elctricas y neumticas no son comnmente utilizadas juntas, ambas son utilizadas en este diagrama para demostrar aplicaciones tpicas de los smbolos de instrumentos.

Smbolos en el Control de ProcesosAs el registrador de flujo 100 que est montado en el panel, tiene una entrada neumtica y el controlador registrador de temperatura 101 que estmontado en el panel, tiene un sistema de llenado trmico o entrada capilar.

Usualmente se puede obtener considerable informacin sobre procesos e instrumentacin estudiando un dibujo similar a la figura 2-5.

Aqu los lazos combinados para la medicin del flujo de vapor (FR 102) y la presin del vapor (PR 103) ilustran cmo son aplicados los smbolos.Smbolos en el Control de ProcesosAs el registrador de flujo 100 que est montado en el panel, tiene unaentrada neumtica y el controlador registrador de temperatura 101 que estmontado en el panel, tiene un sistema de llenado trmico o entrada capilar.Usualmente se puede obtener considerable informacin sobre procesose instrumentacin estudiando un dibujo similar a la figura 2-5.

Aqu los lazoscombinados para la medicin del flujo de vapor (FR 102) y la presin del vapor (PR 103) ilustran cmo son aplicados los smbolos.

Como un ejemplo, note el smbolo para medicin del flujo de vapor.Este componente aparece en la figura 2-5 como una placa de orificio biselado (FE 102).Smbolos en el Control de ProcesosLa salida neumtica del transmisor montado localmente FT 102 (figura.2-5) enva una seal al registrador que est en el panel de control con la identificacin FR 102.

El 1 identifica la localizacin en el panel. Informacin similar del lazo de presin (PT 103 y PR 103) incluye el hecho que la presin de salida es registrada.

Cuando se miden fluidos compresibles (gas, aire, vapor), el uso de la presin de entrada o la de salida afectar significativamente la cantidad final o el volumen que se calcule con los datos registrados en las graficas. En el ejemplo mostrado en la figura 2-5, el vapor fluye al intercambiador para calentar el fluido del proceso.Smbolos en el Control de ProcesosLa lnea que une el transmisor de presin al proceso es colocada en elintercambiador en el lado de salida de la placa de orificio, lo cual indica que se registra la presin de salida .En el lazo de flujo 100, el elemento de flujo o dispositivo primario difiere del que se utiliz en el lazo de vapor. De acuerdo a la figura 2-6, ste es un tubo de Venturi. La seal de salida del transmisor es electrnica.

En el lazo de temperatura (TRC 101), el elemento final de control esuna vlvula. Las letras FO justo debajo del smbolo de la vlvula, indica que la vlvula abre si el diafragma se rompe, o la seal de aire falla, o si existe una condicin similar. El segundo circulo unido al TRC (TS 101) significa que se utiliza un interruptor para activar un TAL (alarma por baja temperatura por sus siglas en ingles Temperarure Alarm Low), la cual tambin est localizada en el panel de control.TemperaturaEn la figura 2-6, los TW (termopozos por sus siglas en ingles termo well) son incluidos dentro de los elementos primarios.

Por ejemplo el elemento primario TR 31 indica un registrador de temperatura que est directamente conectado a la tubera del proceso por un sistema de llenado trmico.

Un TW es usualmente instalado de 10 a 12 pulgadas (250 a 475 mm) dentro del elemento trmico.

TemperaturaPresinLa figura 2-7 muestra algunas aplicaciones de medicin de presin ms comunes en instrumentacin de procesos.

PresinNivelLa figura 2-8 muestra que los smbolos de nivel y las instalacionesactuales tienen mucho en comn. Note la diferencia entre LT 18 y LT 19.

El LT 18 tiene una derivacin diferencial aplicada a un recipiente cerrado o presionado y el LT 19 es conectado a un tanque abierto, adems el lado debaja presin es venteado a la atmsfera.

NivelFlujoEn la figura 2-9, el FE-5 es un tubo Pitot y el FE 9 (Flow element) es un medidor de tipo propela, ambos dibujos se asemejan en los mecanismos de los medidores de flujo que representan , porque se busc que los smbolos fueran lo ms parecido posible a los aparatos medidores.Flujo

Elementos Finales de ControlLas vlvulas, elementos finales en los lazos de control se muestran en la figura 2-10 las vlvulas son los elementos de control ms comunes, sin embargo se utilizan tambin otros elementos finales de control como son los amortiguadores, controles de velocidad o circuitera de posicin.

Ntese que cualquiera de los actuadores listados puede ser utilizado con cualquiera de los cuerpos de las vlvulas mostradas. Usualmente se utilizan slo los smbolos ms simples y se reservan las especificaciones detalladas para los diagramas de los lazos de control.

Elementos Finales de ControlDiversos SmbolosLa figura 2-11 muestra otros smbolos frecuentemente utilizados porque varios ejemplos de stos aparecen en los dibujos subsecuentes, es importante que usted se familiarice con ellos.

Diversos SmbolosAplicacionesPara mostrar un proceso y el control de procesos particularmente, se utilizan los siguientes tipos de diagramas:

- Diagramas de Ubicacin - Diagrama de Proceso e Instrumentos (P&ID) - Diagramas de lazos - Diagrama de Instalacin - Diagrama de Alambrado

Diagramas de UbicacinDiagrama de Proceso e Instrumentos (P&ID)

Diagramas de lazos

Diagrama de Instalacin

Diagrama de AlambradoCARACTERSTICAS DE LOS INSTRUMENTOS: CAMPO DE MEDIDA O RANGO (RANGE): Es el conjunto de valores dentro de lmites superior e inferior de medida en el rango el instrumento trabaja en forma confiable. Por ejemplo, un termmetro de mercurio con rango de -40 a +150 grados centgrados (Celsius).

ALCANCE MAXIMO SPAN: Es el punto mximo con valor superior del rango de medicin, para el termmetro del ejemplo, el SPAN ser de 190 grados centgrados. CARACTERSTICAS DE LOS INSTRUMENTOS: PRECISIN: Es la tolerancia mnima que se debe permitir en la medicin, registro valor a controlar segn sea el instrumento, es decir, es la mnima divisin de escala de un instrumento indicador, se expresa en porcentaje (%) del SPAN.

SENSIBILIDAD: Es la variacin relativa a un parmetro fijo, que sufre la indicacin del instrumento al cambio en el proceso de la variable que causa ste efecto. CARACTERSTICAS DE LOS INSTRUMENTOS: REPETIBILIDAD: Es la capacidad de un instrumento para repetir el valor de una medicin, se genera un mismo valor de la variable real medida en una nica direccin de medicin.

HISTERESIS; Es la repetibilidad de un equipo si se efecta la medicin entre ambas direcciones, los puntos de repetibilidad entre ambas direcciones pueden ser iguales desiguales. ERRORES EN LOS INSTRUMENTOS

Error de Cero Error de Span Error de Angularidad Control de Procesos y Automatizacin IndustrialPta COPSAINTRODUCCION A LA INSTRUMENTACION INDUSTRIAL