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8/4/2019 Instrumentacion Basica de Procesos Industrtiales ISA_Parte1[1]
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S N T E S I S C U R R I C U L A R
M. EN C. ARMANDO MORALES SNCHEZ
El M. en C. Armando Morales Snchez curs su licenciatura en Ingeniera enComunicaciones y Electrnica (1980) en la ESIME del IPN y su Maestra en
Ciencias en Ingeniera de Cmputo con Especialidad en Sistemas Digitalesen el Centro de Investigacin en Computacin del IPN.
En su ingreso al Instituto Mexicano del Petrleo (IMP) en 1981, curso laEspecializacin de Ingeniera de Proyecto en Instrumentacin y Control.Hasta 1987 permanece en el departamento de ingeniera de control,
participando en la ingeniera bsica y de detalle de instrumentacin de 4plantas industriales. A partir de 1988 y a la fecha, participa comoResponsable de la Automatizacin de las Plantas Piloto del IMP, donde sehan instrumentado e instalado sistemas de control digital (SCADA, PLC ySCD) en ms de 18 plantas piloto. Ha impartido cursos sobre
instrumentacin y control a PEMEX y a compaas de iniciativa privada. De1985 a 1988 fue miembro del comit educativo de la ISA Mxico y durante19 aos fue profesor del IPN en el rea de Electrnica. Ha dirigido 10 tesisde licenciatura, 2 tesis de maestra y ha publicado 3 artculosinternacionales y 8 artculos nacionales.
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Entre las distinciones que ha recibido destacan, el reconocimiento aldesempeo en el IMP (1990), excelencia como expositor (1991), y en susestudios de maestra, mencin honorfica, reconocimiento como el alumnoms sobresaliente y candidato a la presea Lzaro Crdenas (2000). En el2001 obtuvo el segundo lugar en el concurso IMP a la mejor tesis de
maestra sobre la industria petrolera. En el 2004 curso un Diplomado enMetrologa y otro en Aplicaciones de Sistemas de Control. Actualmente seencuentra finalizando sus estudios del Doctorado en Ingeniera Elctricacon Especialidad en Control, en la Seccin de Estudios de Posgrado eInvestigacin de la ESIME, IPN, desarrollando un mtodo de sintonizacin
para un control de matriz dinmica.
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Alcance: Al trmino del curso el participante conocer los
conceptos bsicos de la instrumentacin, variables masimportantes, principales caractersticas y aplicaciones.
Perfil: Conocimientos bsicos de electricidad.
Dirigido a: Ingenieros o tcnicos involucrados en servicios,
proyectos y mantenimiento dentro de las reas deInstrumentacin y Control.
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TEMARIO
1. Introduccin.- La Instrumentacin como factor de aumento de calidad y eficiencia en la
produccin.- Seguridad.- Exactitud y precisin.- Errores de medicin.- Calibracin.
- Hojas de especificacin de instrumentos.
2. Simbologa ISA- Diagramas de tubera e instrumentacin.- Nomenclatura.
- Terminologa.- Diagramas funcionales de instrumentacin.- ndice de instrumentos.
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3. Medicin de temperatura.- Generalidades.
- Unidades.-Termmetros clnicos industriales, sistemas llenos, termopares,elementos de resistencia, termistores, termopozos.
- Instalacin.- Patrones y tablas.
- Aplicaciones.
4. Medicin de presin- Generalidades.- Unidades.
- Tipos de sensores.- Tipos de medidores.- Normas.- Instalacin.- Aplicaciones.
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5. Medicin de nivel.- Tanques atmosfricos.- Recipientes a presin.- Tipos de sensores.- Aplicaciones.
6. Medicin de flujo.- Importancia de la medicin de flujo de fluidos.- Unidades.- Diferentes principios para la medicin de flujo.
- Aplicaciones.- Instalacin.
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7. Mediciones analticas- Cromatografa de gases
- Analizador de infrarrojo- Analizador de oxgeno
8. Equipos auxiliares.- Transmisores.
- Indicadores.- Registradores.- Convertidores.- Transductores.- Interruptores.- Buses de campo.- Clasificacin de reas.
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9. Elementos finales de control.- Introduccin.
- Caractersticas de control.- Tipos de vlvulas de control.- Actuadores.- Posicionadores.- Variadores de velocidad
- Servomotores
10. Introduccin al control automtico.- Introduccin.- Jerarqua de control.- Terminologa de control automtico.- Lazo abierto y lazo cerrado.- Disturbios.- Parmetros de estabilidad.
- Modos de control: dos posiciones, proporcional, integral y derivativo.- Sintonizacin de controladores.- Teora moderna de control.
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11. Introduccin a sistemas de control digital para supervisin y controlde procesos industriales.
- Control unitario SISO
- PLC
- Sistemas de adquisicin de datos
- Sistema SCADA
- Sistemas de control distribuido.
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Standards
Certification
Education & Training
Publishing
Conferences & Exhibits
INSTRUMENTACIINSTRUMENTACINNBBSICA DE PROCESOSSICA DE PROCESOSINDUSTRIALESINDUSTRIALES
CAPCAPTULO 1TULO 1
INTRODUCCIINTRODUCCINN
M. en C. Armando Morales Snchez
16, 17 y 18 de mayo del 2007
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1. INTRODUCCIN
Qu es la instrumentacin?
Porqu es importante?
Qu relacin guarda con el control de un proceso?
Cules son las caractersticas bsicas de uninstrumento?
En que influye la seleccin correcta de uninstrumento?
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Proceso
Un proceso es una parte de una planta de manufactura, en la cul, elmaterial o la energa es convertida a otras formas de material o energa.
Ejemplos: Cambio en presin, temperatura, velocidad, potencial elctrico, etc.
PROCESO
Entrada de airecaliente
Salida deaire fro
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Proceso continuo y proceso batch
Proceso Continuo El material es introducido y removido del proceso al mismo tiempo y
el proceso una vez iniciado, no para (Reacciones qumicas,destilaciones, separaciones, etc).
Proceso Batch
El material se agrega a un contenedor; algn proceso se lleva acabo; el producto es removido y se sigue una secuencia que puedeparar o reiniciarse (Bebidas alcoholicas, productos alimenticios, etc).
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Sistema
Conjunto de elementos ordenados quecumplen un objetivo, y uno solo de estoselementos no puede cumplir, por si solo, eltrabajo de todo el sistema.
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Control
Accin o conjunto de acciones que buscanconformar una magnitud variable, o conjuntode magnitudes variables, en un patrndeterminado.
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Esquema general de control
Medicin
Decisin
Accin
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Control de procesos
La regulacin o manipulacin de variablesque influencian en el
comportamiento de un proceso de una forma determinada para obtener un
producto con una calidad y una cantidad deseadas de una manera eficiente
DISTURBIOS
PROCESO
VARIABLECONTROLADA
VARIABLEMEDIDA
CONTROLADOR
VARIABLESMANIPULADAS
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Razones de control
SeguridadEstabilidad
OptimizacinProteccin ambiental
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Seguridad
Preservar bajo cualquier condicin la integridad del
personal y equipo involucrado en la operacin de losprocesos.
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Estabilidad
Asegurar las condiciones de operacin de los procesos,para mantener en forma continua la calidad de losproductos, dentro de los lmites especificados.
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Optimizacin
Asegurar el mximo beneficio econmico en la operacinde los procesos.
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Proteccin ambiental
Reducir a su mnima expresin el impacto ecolgico delos efluentes del proceso, para cumplir con todas lasnormatividades aplicables.
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y
t
Variable Analgica
y
t
Variable Digital
TIPOS DE VARIABLES DE ACUERDO A SUCOMPORTAMIENTO EN EL TIEMPO
Tipos de variables
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Seal analgica
Dominio del tiempo
VibracinVozSonar
TemperaturaPresinFlujoEsfuerzo
DC
ECGPresin de sangreTransientesCromatografa
0.985
t t f
Dominio de la frecuencia
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Seal digital
Seal On-Off Tren de pulsos
Entrada:Lectura de un encoder
Salida:Mueve un motor a pasos
Entrada:Cierre o apertura de uninterruptor
Salida:Abre o cierra una vlvula
on
offt
1-
0-t
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Metrologa
La metrologLa metrologaa es la ciencia de las medidas, cuyoes la ciencia de las medidas, cuyoestudio comprende los patrones, las magnitudes yestudio comprende los patrones, las magnitudes y
los sistemas de unidades.los sistemas de unidades.
La metrologLa metrologa estudia la fiabilidad de la relacia estudia la fiabilidad de la relacinnestablecida entre cualquier magnitud y su patrestablecida entre cualquier magnitud y su patrn.n.
*La medicin es el proceso por el cual se asignannmeros o smbolos a atributos de entidades del
mundo real de tal forma que los describa de acuerdocon reglas o patrones claramente definidos" [Fentony Pfleeger, 1997].
*Fenton, N.E. y Pfleeger, S.L., Software metrics. A rigurous and practical approach, PWSPub, 1997
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Magnitud o Cantidad
Atributo de un fenAtributo de un fenmeno, cuerpo o sustancia quemeno, cuerpo o sustancia que
puede ser distinguido cualitativamente y determinadopuede ser distinguido cualitativamente y determinadocuantitativamente. Ejemplos de magnitudes:cuantitativamente. Ejemplos de magnitudes:
BBsicas: Longitud, masa, tiempo.sicas: Longitud, masa, tiempo.
Derivadas: Velocidad, calor,Derivadas: Velocidad, calor, rea.rea.
Particulares: ConcentraciParticulares: Concentracin de etanol, resistencian de etanol, resistenciaelelctrica de un cable, Calorctrica de un cable, Caloras que aporta unas que aporta un
alimento.alimento.
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Unidades de medida
KTTemperatura
stTiempo
mLLongitud
KgMMasa
Unidades SIRepresentacin
dimensional
Magnitud
Magnitudesfundamentales
Magnitudes
derivadas
Kg/m/sML
-1
t
-1
Viscosidad
J/Kg (N-m/Kg)FL/M=M2L-2Energa interna u
W (Kg/m/s3)FL/t=ML-1t-3Potencia
J (Kg/m/s2)FLEnerga
Kg/m3ML-3Densidad
Pa(N/m2)FL2=ML-1t-2Presin
m3L3Volumen
m2L2Area
N(Kg.m/s2)ML2t-2Fuerza
m/s2Lt-2Aceleracin
m/sLt-1Velocidad
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Rango y Span
Rango.- Regin entre los lmites en los cules una cantidad es medida,
recibida o transmitida, expresada al establecer los valores de rango
mnimos y mximos.
LRV (Valor de rango mnimo).- El valor mnimo de la variable medida que
un dispositivo esta ajustado para medir.
URV (valor de rango mximo).- El valor mximo de la variable medida que
un dispositivo esta ajustado para medir.
Span.- Diferencia algebraica entre los valores mximo y mnimo.
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Rango de las variables medidas
RANGOS TPICOS TIPO DE RANGO RANGO VALORBAJO DEL
RANGO
VALORALTO DERANGO
SPAN
TERMOPAR K VARIABLE MEDIDA 0 A 2000 oF 0 oF 2000 oF 2000 oF
SEAL ELCTRICA -0-68 A 44.91 mV -0.68 mV. + 44.91 mV. + 5.556 mV.
MEDIDOR DEFLUJO
VARIABLE MEDIDA 0 A 10,000 LB/HR 0 LB/HR 10,000 LB/HR 10,000LB/HR
TACOMETRO VARIABLE MEDIDA 0 A 500 RPM 0 RPM 500 RPM 500 RPM
SEAL ELCTRICA 0 A 5 V. 0 V. 5 V. 5 V.
PRESINDIFERENCIAL
VARIABLE MEDIDA 10 A 100 H2O 10 H2O 100 H2O 90 H2O
SEAL ELCTRICA 4 A 20 mA. C.D. 4 mA. C.D. 20 mA. C.D. 16 mA. C.D.
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Ejemplo de rango de variables medidas
Cual ser la seal en mA. que entrega un transmisor depresin que mide 32.3 Kg/cm2 en un rango calibrado de0-70 Kg/cm2, si el transmisor entrega su seal en unrango de 4-20 mA. C.D.?
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Medicin
Algunos de los factores que afectan la medicin son:
La exactitud, La precisin, La resolucin,
La repetibilidad, La reproducibilidad, La linealidad, La histresis El error La incertidumbre.
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Exactitud de la medicin
**La exactitud de la medicin es la concordancia entre un valor
obtenido experimentalmente y el valor de referencia. Es funcin de larepetibilidad y de la calibracin del instrumento.
La precisin es el grado de concordancia entre una serie dedeterminaciones obtenidas de repetir la medicin y se expresa como la
desviacin estndar relativa o el coeficiente de variacin.Es funcin dela repetibilidad y la reproducibilidad.
La resolucin de un instrumento es el mnimo valor confiable que
puede ser medido en un instrumento.
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100%
0%
SPAN
100
90
80
70
60
5040
30
20
10
0
1009080706050403020100
VALORES
DE
ENTRADA
VALOR DESEADO
SALIDA MEDIDA
RANGO DE EXACTITUD 5 % span
Exactitud de la medicin
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Repetibilidad y Reproducibilidad
La repetibilidad es la precisin de resultados de medicin
expresado como la concordancia entre determinaciones omediciones independientes realizada bajo las mismascondiciones (operador, tiempo, aparato, lugar, mtodo, etc).
Reproducibilidad de la medicin es la precisin de resultadosde medicin expresado como la concordancia entredeterminaciones independientes realizadas bajo diferentes
condiciones (operador, tiempo, aparato, lugar, mtodo, etc).
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100%
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SPAN
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VALORES
DE
ENTRADA
VALOR DESEADO
SALIDA MEDIDA
Repetibilidad y Reproducibilidad
EL INSTRUMENTO CON QUE SE REALIZA LAMEDICIN ES UN INSTRUMENTO PRECISO,MAS NO EXACTO
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Linealidad
SALIDA
LINEAL
FLUJO
CURVA CARACTERSTICA
LINEALIDAD (ENTRADA/SALIDA)
Se define como la cercania con la cual una curva se aproxima a una lnearecta. La linealidad es usuamente medida como una no linealidad y
expresada como linealidad. Hoy en da algunos instrumentos tienen unajuste de linealidad
LINEALIDAD
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Histresis
SALIDA
LINEAL
FLUJO
Es la medida de la diferencia en respuesta de un dispositivo o sistemaal incrementar la seal de entrada de un valor mnimo a un valormximo y, con respecto a cuando se decrementa de un mximo a unmnimo sobre el mismo rango.
HISTE
RESIS
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Error
Diferencia algebrica entre los valores indicados y losvalores verdaderos de la variable medida. Existen
diferentes tipos de errores:
Error de span Error de cero Error de linealizacin
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Error de cero
100%
VALOR VERDADERO
0
100%
% DE ENTRADA
%
DESALIDA
ERRORES DE CERO
Un instrumento tiene un error de cero cuando todas las indicacionesdel instrumento son consistentemente altos o consistentemente bajos
a travs del rango completo del instrumento cuando es comparadocon la salida deseada.
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Error de Span
En el error de span, la desviacin del valor ideal vara en diferentespuntos a lo largo del rango del instrumento. Normalmente se
incrementa, cuando la seal de entrada se incrementa.
100%
VALOR VERDADERO
0
100%
%
DESALIDA
ERRORES DE SPAN
% DE ENTRADA
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Errores de Span y de Cero combinados
100%
VALOR VERDADERO
0
100%
%D
ESALIDA
COMBINACIN DEERRORES DESPAN Y CERO
% DE ENTRADA
E d li lid d
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Error de linealidad
Es cuando el resultado de la salida no presenta una lnea recta conrespecto al valor de entrada. El error de no linealidad puede sercorregido durante la calibracin si el instrumento tiene un ajuste de nolinealidad. Generalmente se recomienda tomar 5 puntos.
LINEAL
0
100%
%
DESALIDA
100%% DE ENTRADA
ERRORES CAUSADOSPOR LA NO LINEALIDAD
Especificacin de caractersticas de un
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Especificacin de caractersticas de un
instrumentoUn instrumento de medicin es un dispositivo empleado para efectuarmediciones por si solo o como integrante de otro equipo o sistema.
Las caractersticas metrolgicas de un instrumento estn definidas enfuncin de los factores que afectan su medicin, como ejemplo:
Exactitud : 0.2% de span calibrado. Aqu se incluye efectos
combinados de lo siguiente: Repetibilidad : 0.05% de span calibrado
Linealidad : 0.1% de span calibrado
Histresis : 0.05% de span calibrado
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Ciencias exactas.Ciencias exactas.
Respuesta a cuestiones planteadas por la ciencia.Respuesta a cuestiones planteadas por la ciencia.
InvestigaciInvestigacin cientn cientfica.fica. Manufactura.Manufactura.
Control de calidad.Control de calidad.
InspecciInspeccin y vigilancia.n y vigilancia. TTcnica.cnica.
Forma parte del ciclo de mejora continua del sistema deForma parte del ciclo de mejora continua del sistema de
administraciadministracin de la calidad.n de la calidad. Es un pilar que soporta la calidad.Es un pilar que soporta la calidad.
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Con la finalidad de evaluar su eficiencia.Con la finalidad de evaluar su eficiencia.
Poder comparar mediciones con patrones de referencia.Poder comparar mediciones con patrones de referencia.
Poderse comparar con otros laboratorios.Poderse comparar con otros laboratorios. Interpretar resultados de la ciencia, la ingenierInterpretar resultados de la ciencia, la ingeniera, ela, el
comercio, la industria.comercio, la industria.
Tener un criterio objetivo para adquisiciTener un criterio objetivo para adquisicin de equipo.n de equipo. Seleccionar el equipo adecuado para un proceso deSeleccionar el equipo adecuado para un proceso de
medicimedicin especn especfico.fico.
Comprender reglamentaciones oficiales.Comprender reglamentaciones oficiales.
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AnteriormenteAnteriormente:: errorerrory any anlisis delisis de erroreserrores..
El error es el resultado de una medida menos el valorEl error es el resultado de una medida menos el valor
verdadero del mensurando.verdadero del mensurando.
ActualmenteActualmente:: Incertidumbre.Incertidumbre.
La incertidumbre refleja la imposibilidad de conocer elLa incertidumbre refleja la imposibilidad de conocer elvalor del mensurando y corresponde a la duda delvalor del mensurando y corresponde a la duda delresultado de la mediciresultado de la medicin, an, an cuando sean eliminadosn cuando sean eliminadoslos errores detectados.los errores detectados.
Incertidumbre de la Medicin
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Incertidumbre de la Medicin
Parmetro asociado al resultado de una medicin que caracteriza ladispersin de los valores, que podran razonablemente ser atribudos almensurando.
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Qu nos da a conocer la Incertidumbre?
Caracteriza la calidad del resultado de unaCaracteriza la calidad del resultado de una
medicimedicin.n.Refleja la imposibilidad de conocer exactamente elRefleja la imposibilidad de conocer exactamente elvalor del mensurando.valor del mensurando.
Corresponde a laCorresponde a la dudaduda del resultado de medicidel resultado de medicin.n.Corresponde a la duda una vez eliminados oCorresponde a la duda una vez eliminados ocorregidos los errores detectados.corregidos los errores detectados.
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Fuentes de Incertidumbre
Principio de medida.Principio de medida.
MMtodo de medida.todo de medida.
Procedimiento de medida.Procedimiento de medida.
Correcciones por errores detectados.Correcciones por errores detectados.
Correcciones por cantidades de influencia.Correcciones por cantidades de influencia.
Valores inexactos de patrones.Valores inexactos de patrones.
Muestra no representativa del mensurando.Muestra no representativa del mensurando.
Aparatos de mediciAparatos de medicin.n.
MMtodo de medicitodo de medicin.n.
Variables no controladas (temperatura, humedad, presiVariables no controladas (temperatura, humedad, presinnatmosfatmosfrica, corrientes de aire, variacirica, corrientes de aire, variacin de energn de energa ela elctrica,ctrica,
variacivariacin de flujo de agua,n de flujo de agua, etcetc).).
Normativa de estimacin de
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Incertidumbre
NMX-EC-17025-IMNC-2000
5.4.6.2. Los laboratorios de ensayo y calibracin debern tener y aplicar
procedimientos para estimar la incertidumbre de medicin, ellaboratorio debe al menos intentar identificar todos loscomponentes de la incertidumbre y hacer una estimacin razonablebasada en el conocimiento del desempeo del mtodo y delalcance de la medicin y deber hacer uso, por ejemplo, de la
experiencia previa y de la validacin de los datos.5.4.6.3. Cuando se est estimando la incertidumbre de medicin deben
ser tomados en cuenta, todos los componentes de incertidumbreque sean de importancia para la situacin dada; usando mtodos
apropiados de anlisis.
C lib i
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Calibracin
La calibracin de un instrumento es el conjunto de operaciones queestablece, bajo condiciones especificas, la relacin entre valoresindicados por un instrumento de medicin o sistema de medicin o losvalores representados por una medida materializada y los valorescorrespondientes de la magnitud, realizada por los patrones. En formasimple se define como la comparacin de las indicaciones de uninstrumento contra un patrn, sin efectuar ningn ajuste.
CALIBRACIN APROPIADA
MEDICIN EXACTA
BUEN CONTROL DEL PROCESO
SEGURIDAD Y COSTOS BAJOS
Diagrama de bloques de la calibracin
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Diagrama de bloques de la calibracin
INSTRUMENTOBAJO PRUEBA
PROCESO OENTRADASIMULADA
MEDICINDE ENTRADA PATRN
(NORMALIZADA)
MEDICINDE SALIDA(NORMALIZADA)
FUENTE DE ENERGA
Programas de calibracin de
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ginstrumentos
PROGRAMA ANUAL DE CALIBRACIN DE EQUIPOS DE MEDICIN
2003
CLAVE
INVENTARIONOM BRE DEL EQUIPO M ARCA M ODELO NO. SERIE
VIDA TIL
DEMANDANTE
RANGO DE
MEDICINPRECISIN
COMPAA QUE
DA EL SERVICIO
PERIODO DE
SERVICIO
S/N Transductor de vaco Baratron 622A TAE-5 619741 10 aos 0 a 10 Torr -0.25% E.T.I1 IMP 6 meses*S/N RTD PT100 Fondo Jupiiter JAX1 PT100 9550 10 aos -40 a 420oC +-1.0 oC IMP 1 ao
S/N RTD PT100 Domo Jupiter JAX PT100 15 10 aos -40 a 420oC +-1.0 oC IMP 1 ao
S/N RTD PT100 Bao Jupiter JAX2 0H12004 9537 10 aos -40 a 420oC +-1.0 oC IMP 1 ao
S/N Probeta graduada Pyrex 3062 CB12624 10 aos 0-250 ml. +-1.4 ml IMP 1 ao
20092 Bscula electrnica Mettler PM30-K L21759 10 aos 0-30 Kg. +-1.0 g IMP 1 ao
134138 Indicador de temperatura Eurotherm 8155 931-001-007-9 10 aos 0-40 oC 0.015 oC IMP 1 ao
Patrones de calibracin
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Patrones de calibracin
PATRN (de medicin)
Medida materializada, instrumento de medicin, material dereferencia o sistema de medicin destinado a definir, realizar,conservar o reproducir una unidad o ms valores de unamagnitud para utilizarse como referencia.
PATRN NACIONAL (de medicin)
Patrn reconocido por una decisin nacional en unpas, que sirve de base para asignar valores a otros
patrones de la magnitud concerniente.
Patrones de calibracin
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57#
Patrones de calibracin
PATRN (de medicin).- Medida materializada, instrumento demedicin, material de referencia o sistema de medicin destinado
a definir, realizar, conservar o reproducir una unidad o msvalores de una magnitud para utilizarse como referencia.
PATRN NACIONAL (de medicin).- Patrn reconocido por unadecisin nacional en un pas, que sirve de base para asignar
valores a otros patrones de la magnitud concerniente.
PATRN SECUNDARIO.- Patrn cuyo valor es establecido porcomparacin con un patrn primario de la misma magnitud.
PATRN DE TRABAJO.- Patrn que es usado rutinariamente paracalibrar o controlar las medidas materializadas, instrumentosde medicin o los materiales de referencia.
Trazabilidad de la medicin
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Trazabilidad de la medicin
Propiedad del resultado de una medicin o del valor de un patrn por lacual pueda ser relacionado a referencias determinadas generalmentepatrones nacionales o internacionales por medio de una cadena
ininterumpida de comparaciones teniendo todas las incertidumbresdeterminadas.
Patrn Nacional o Primario
Consumidor, industria, comercio
Definicin de laUnidad de Medida
Laboratorio Nacional
Laboratorios de
Calibracin Acreditados
Instrumento de Medicin o equipocalibrado
BIPM
Patrn de Referencia
Patrn de Trabajo
Ejemplo de trazabilidad de la medicin
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Ejemplo de trazabilidad de la medicin
Patrones de trabajo
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Patrones de trabajo
PATRONES
MANMETROS COLUMNAS H2O HGPOTENCIOMTRICOS
PUENTE DE WHEATSONEBALANZA DE PESOS MUERTOS
Calibradores neumticos
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Calibradores neumticos
Balanza de pesos muertos
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Balanza de pesos muertos
Calibrador de flujo
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Calibrador de flujo
Calibrador de presin
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Calibrador de presin
7 8 9
654
1 2 3
0 .+/- ENTER
SETUP
RANGECLEAR(ZERO)
V
MEASSOURCE
mA
TCRTO
VHz
SAVE MORECHOICES
SCALEENGUNITS
AUTO RANGE0 15 30 mA
20.451 mA
11/18/93 07:44:08SOURCE OFF
FLUKE 702
VRTD
MA MA
RTD
MEAS
V
SOURCE30VMAX
300VMAX
MEASURE
~
DOCUMENTING PROCESSCALIBRATOR
Medicin Industrial
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Medicin Industrial
Medicin Local
Medicin Remota
Medicin Local
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Medicin Local
MEDICINLOCAL
MANMETROS MIRILLAS
DE NIVEL
TERMOMETROSMIRILLAS
DE FLUJO
Medicin Remota
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ed c e ota
MEDICINREMOTA
TRANSMISORESNEUMTICOS
TRANSMISORESELCTRICOS
TRANSMISORESDIGITALES
Instrumentacin
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La instrumentacin es una especialidad referente a losinstrumentos de medicin, principalmente a los utilizadosindustrialmente, y forma parte primordial dentro de unsistema enfocado al control de un proceso industrial, porlo que generalmente un instrumentista es un especialista
en instrumentacin y control.
Un buen conocimiento de la especialidad redunda en unabuena especificacin y seleccin de la instrumentacin
ptima en un proceso industrial lo cual contribuir comoun factor de aumento de calidad y eficiencia en laproduccin.
Hojas de datos de instrumentos
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Una hoja de datos es una tabla donde se introducen losdatos de proceso mnimos necesarios para efectuar la
especificacin de un instrumento, como pueden ser:temperatura normal y mxima de operacin, presin normaly mxima de operacin, material de la tubera, tipo defludo, dimetro de la tubera, etc.
En un proyecto, generalmente estos datos se toman deldiagrama de flujo de proceso y del diagrama de tubera einstrumentacin, en el que se indican las condiciones de
operacin de los puntos importantes del proceso y lascaractersticas de los recipientes y de las lneas de tubera.
Hojas de datos de instrumentos
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Hojas de datos de instrumentos
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Hoja de especificacin de instrumentos
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j p
Una hoja de este tipo especifica las caractersticasgenerales y especficas del instrumento para su compra.
Para el llenado de esta hoja, es necesario conocer el tipode instrumento que se ha seleccionado en base a lascondiciones de operacin plasmadas en las hojas de datos
de instrumentos.La hoja de especificacin es un documento bsico dentrode la ingeniera de proyecto, ya que fundamenta la compra
y sirve de apoyo para las diferentes actividadessubsecuentes de un proyecto, como los tpicos deinstalacin, diagramas de alambrado, suministros deenerga, etc.
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Hojas deespecificacin
deinstrumentos
(ISA S20)
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Hojas deespecificacin
deinstrumentos
(ISA S20)
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Hojas deespecificacin
deinstrumentos
(ISA S20)
Evolucin de la instrumentacin ycontrol
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PERODO ANTES DE
19201930
A 19401940
A 19501950
A 19601960
A 19701970
A 19801980
A 19901990
EN ADELANTE
INSTRUMENTACIN
MEDICIONES
LOCALES
ELEMENTOSFINALES DECONTROL
PRIMEROS
SERVOMECANISMOS
ACTUADORESNEUMTICOS
PRIMEROS
INSTRUMENTOSELECTRNICOS
PRIMERASCELDAS DE
PRESIN DIF.
SURGE LA
CROMATOGRAFADE GASES
SURGEN NUEVOSPRINCIPIOS DE
MEDICIN
DESARROLLO DE
NUEVOSCONTROLADORES
ELECTRNICOSMAS CAPACES
SE DESARROLLANNUEVOS TIPOS
DE VLVULAS DECONTROL
SE INTRODUCEN
LOS MICROPROCESADORES
EN LAINSTRUMENTACIN
SE
DESARROLLANNUEVOS
INSTRUMENTOSCON MEJOREXACTITUD Y
CONFIABILIDADCON PRECIOSREDUCIDOS
SE
DESARROLLANINSTRUMENTOSINTELIGENTES
CONFUNCIONESMTLIPLESCON AUTO
CALIBRACIN YAUTO
DIAGNSTICO
SISTEMASDE
CONTROL
CONTROLMECNICO
CONTROLDE DOS
POSICIONES
PRIMEROSCONTROLESNEUMTICOS
PID
PRIMEROSCONTROLES
LGICOSPROGRAMABLES
DESARROLLODE LA TEORADE CONTROL
MODERNA
PRIMERASTCNICAS DE
SINTONA
SE DEFINEN LASBASES DECONTROL
SUPERVISORIO YDE CONTROL
DIGITAL DIRECTO
SE DEFINEN LASBASES DECONTROL
DISTRIBUIDO
SE DESARROLANLOS PRIMEROS
PLCs DIGITALES
SE INCREMENTALA CAPCIDAD DE
LOS SISTEMAS DECONTROL
DISTRIBUIDO Y DELOS PLCs
SEDESARROLLANLAS PRIMERASAPLICACIONESDE CONTROLAVANZADO
SEINTRODUCEN
LOSCONCEPTOS
DE INTEROPERABILIDAD
E INTERCONECTIVIDAD
TELEMETRIA
INSTRUMEN-TACINLOCAL
TRANSMISINNEUMTICA
TRANSMISINELCTRICA
TRANSMISIN4-20 mA.
SEDESARROLLANLOS PRIMEROSSISTEMAS DETELEMETRA
SE DESARROLLANLOS PRIMEROSSISTEMAS DEFIBRA PTICA
SENORMALIZAN
LOS PRIMEROSPROTOCOLOS
DIGITALES
SEINTRODUCENLOS CANALES
DE CAMPO
Cmo seleccionar un medidor?
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Fundamentalmente la seleccin se basa en las consideraciones deproceso, a la importancia del dato de medicin en el proceso y alaspecto econmico.
De ah la importancia de conocer el principio de medicin de losdiferentes tipos de medidores y los clculos necesarios de loselementos primarios para obtener el mximo rendimiento costo-
beneficio de ellos y as disminuir el error en la medicin.
Este curso provee mtodos tcnicos para el diseo, especificacin,clculo y seleccin de medidores, dando una gua para medir variables
fsicas de la mejor manera posible.
Tips para seleccionar un medidor
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1. Medidor ms familiar.- el ms fcilmente entendible, basado sobre
gran cantidad de mediciones y perodos de tiempo.
2. Medidor que se ha utilizado en aplicaciones previas similares.-simple aproximacin, no necesariamente malo pero no siempre lamejor solucin. Puede ser muy malo si la seleccin es siempre la
misma.
3. Considerar todos los factores que puedan influir en la seleccin.-consume en algunos casos demasiadas h-h y es justificada enaplicaciones crticas de flujo.
Ejemplo de caractersticas principales para laseleccin de un medidor de flujo
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ESTANDARES DE LA COMPAA CONEXIONES PARA INSTALACIN: BRIDADO,ROSCADO, ETC.
REQUERIMIENTOS LEGALES LIMITACIONES DE ESPACIO
FASE DEL FLUIDO PRINCIPAL TRAYECTORIA DE TUBERIA CORRIENTE ARRRIBACONTENIDO DE SOLIDOS COMPONENTES MAS CERCANOS CORRIENTE
FACTORES DE CALIBRACIN NIVEL DE VIBRACINTIPO DE FLUIDO: AGUA, AIRE HC, ETC REPETIBILIDAD DE LECTURANATURALEZA DEL FLUIDO: CORROSIVO,CONDUCTIVO, ETC
VELOCIDAD O TOTALIZACIN
TAMAO Y MATERIAL DE TUBERA TIEMPO DE RESPUESTAINDICADOR DE FLUJO FLUJO MXIMO Y MNIMOOBSTRUCCIN DE FLUJO PRDIDA DE PRESIN PRESIN MXIMA Y MNIMA
TIPO DE SALIDA DE CONTROL TEMPERATURA MXIMA Y MNIMATIEMPO ENTRE INSPECCIN Y MANTENIMIENTO DENSIDAD DEL FLUIDO
SEGURIDAD VISCOSIDAD DEL FLUIDO
COSTO FLUJO PULSANTE?DESVO DE CALIBRACIN FLUJO LAMINAR?PROVEEDORES CONDICIONES EXTERNAS: HUMEDAD, CALOR,
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80
Standards
Certification
Education & Training
Publishing
Conferences & Exhibits
INSTRUMENTACIINSTRUMENTACINNBBSICA DE PROCESOSSICA DE PROCESOSINDUSTRIALESINDUSTRIALES
CAPCAPTULO 2TULO 2
SIMBOLOGSIMBOLOGAA
M. en C. Armando Morales Snchez23, 24 y 25 de mayo del 2007
Los diagramas de tubera e instrumentacin(DTIs)
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( )
Los DTIs son diagramas que contienen bsicamente losequipos de proceso, las tuberas, los instrumentos y las
estrategias de control del proceso. Un DTI es el elementonico ms importante en el dibujo para:Definir y organizar un proyectoMantener el control sobre un contratista durante laconstruccinEntender como es controlada la planta despus definalizar el proyecto
Mantener un registro de lo que fue acordado y aprobadoformalmente para la construccinRegistrar lo que fue construido en la forma como sediseo con los DTIs
Los diagramas de tubera e instrumentacin(DTIs)
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Los DTIs son conocidos con varios nombres, pero todomundo sin tomar en cuenta como son nombrados conocen su
valor. Estos son algunos de los nombres por los cuales sonconocidos :DTIs
P&IDs (por sus siglas en ingls)Diagramas de tubera e instrumentacinDiagramas de procesos e instrumentacin
La mayoria de las firmas utilizan las normas ISA como unabase para luego aadir sus propias modificaciones deacuerdo a sus necesidades.
Normas ISA aplicables a DTIs
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No hay norma DTI o acuerdo en la informacin quedebe ser incluida o excluida de tales documentos.
Las normas ISA ANSI/ISA-5.1-1984 (R1992) y ISA-5.3-1983 son las guas generalmente ms aceptables paradesarrollar simbolismo para instrumentacin y sistemas decontrol en: las industrias qumicas y petroqumica,generacin de energa, pulpa y papel, refinacin, metales,aire acondicionado, etc. y pueden ser utilizadas enprocesos continuos, por lotes y discretos.
Normas ISA aplicables a DTIs
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84#
ANSI/ISA-S5.1-1984 (R1992), Identificacin y smbolos deinstrumentacin.
ANSI/ISA-S5.2-1976 (R1992), Diagramas lgicos binarios paraoperaciones de proceso.
ISA-S5.3-1983, Smbolos grficos para control distribuido,instrumentacin de desplegados compartidos, sistemas lgicos ycomputarizados.
ANSI/ISA-S5.4-1991, Diagramas de lazo de instrumentacin. ANSI/ISA S5.5-1985, Smbolos grficos para desplegados de proceso.
Otras normas de simbologa
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ASA Y32.11-1961 Smbolos grficos para diagramas de flujo deproceso en las industrias del petrleo y qumica (ASME).
ASA Z32.2.3-1949 Smbolos grficos para accesorios de tubera,
vlvulas y tubera (ASME) ANSI Y14.15.a-1971 Seccin 15-11 Interconexin de diagramas (ASME) IEEE Std 315-1975 (ANSI Y32.2 1975) (CSA Z99 1975) Smbolos
grficos para diagramas elctricos y electrnicos (IEEE) ANSI/IEEE Std 315A-1986 (IEEE)
Diagrama de tubera e instrumentacin(DTI P&I)
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SIMBOLOGA
Contenido de la norma ANSI/ISAS5.1-1984
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1. Propsito.
2. Alcance.3. Definiciones.4. Reglas de identificacin de instrumentos.
5. Tablas.6. Dibujos.
1. Propsito
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89#
Establecer un significado normativo de los
instrumentos y sistemas de instrumentacinutilizados para la medicin y el control,incluyendo smbolos y cdigos de
identificacin.
2. Alcance
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90#
1. Generalidades.
2. Aplicacin a industrias.3. Aplicacin a actividades de trabajo.4. Aplicacin a diferentes tipos de
instrumentacin y a funciones deinstrumentos.5. Extensin de identificaciones funcionales.
6. Extensin de identificaciones de lazos.
Aplicacin a Industrias
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91#
La norma esta disponible para utilizarse en industria qumica,del petrleo, generacin de potencia, acondicionamiento de
aire y cualquier industria de procesos, y se espera que lanorma tenga la suficiente flexibilidad para manejar muchasde las necesidades de algunos campos como la astronoma,navegacin y medicina que utilizan instrumentacin diferentede los instrumentos convencionales de proceso.
Aplicacin a actividades de trabajo
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La norma esta disponible para utilizarse en cualquierreferencia de simbolizacin e identificacin de un instrumento
o de alguna funcin de control. Tales referencias pueden serrequeridas para:
-Diagramas de diseo y construccin,-Literatura, discusiones y artculos tcnicos,-Diagramas de sistemas de instrumentacin, diagramasde lazos y diagramas lgicos,
-Descripciones funcionales,-Diagramas de flujo de: procesos, mecnicos, deingeniera, de tubera e instrumentacin (DTI o P&I),-Especificaciones, ordenes de compra, etc.
Aplicacin a funciones de instrumentos y aclases de instrumentacin
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Los mtodos de identificacin y simbolismos proporcionadospor la norma se aplican a todas las clases de instrumentacin
de control y medicin de procesos.
La norma no solo puede utilizarse para describir instrumentosdigitales y sus funciones, sino tambin para describir lasfunciones analgicas de los sistemas, como por ejemplo:control compartido , control distribuido y control basado encomputadora.
Extensin de identificacin funcional y delazo
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94#
La norma proporciona la identificacin y simbolizacin de lasfunciones clave de un instrumento, es decir, son funciones
generalizadas, as que cuando se requieren detallesadicionales del instrumento, es conveniente recurrir a la hojade especificacin del instrumento o algn otro documentopara cubrir la especificacin detallada.
La norma cubre la identificacin de un instrumento y todoslas funciones de control asociadas con un lazo de control.
3. Definiciones
P it d i i t d l
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95#
Para propsitos de conocimiento de la norma, esconveniente analizar algunas definiciones:
Alarma. Un dispositivo o funcin que seala la existencia deuna condicin anormal por medio de un cambio discretovisible o audible, o ambos, con el fin de llamar la atencin.Automatizacin. Es el acto o mtodo de hacer que unproceso funcione sin la necesidad de la intervencin de unoperador.Banda Muerta. Rango a travs del cual puede variar la seal
de entrada, hacia un dispositivo, sin ste inicie unarespuesta. Generalmente se expresa como un porcentaje delrango de operacin.Binario. Trmino aplicado a una seal que slo tiene dos
estados o posiciones discretas (on-off, alto-bajo, etc).
Definiciones
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96#
Crculo. Smbolo utilizado para denotar e identificar elpropsito o funcin de un instrumento y puede contener unnmero de identificacin (ballon, bubble)Configurable. Trmino aplicado a un dispositivo o sistemaen el que sus caractersticas pueden ser seleccionadas orearregladas a travs de programacin o algn otro mtodo.
Controlador. Un dispositivo que tiene una salida que varapara regular una variable controlada de una maneraespecfica y puede ser un dispositivo analgico o digital. Uncontrolador automtico vara su salida automticamente, en
respuesta a una entrada directa o indirecta de una variablede proceso medida.
Definiciones
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97#
Controlador compartido. Un controlador que contienealgoritmos preprogramados que son usualmente accesibles,configurables y asignables y permite un nmero de variablesde proceso a ser controladas por un solo dispositivo.Controlador Lgico Programable (PLC). Un controlador,usualmente con entradas y salidas mltiples, que contiene un
programa que se puede alterar.Convertidor. Un dispositivo que recibe informacin enalguna forma de seal y transmite una seal de salida enalguna otra forma. El convertidor tambin se le llama
transductor, aunque el trmino transductor no se recomiendautilizarse para conversin de seales.Corrimiento. Cualquier cambio paralelo de la curva deentrada -salida.
Definiciones
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98#
Digital. Trmino aplicado a una seal o dispositivo que utilizadgitos binarios para representar valores continuos o estadosdiscretos.Dispositivo de cmputo. Un dispositivo o funcin queejecuta uno o ms clculos u operaciones lgicas, o ambas,y transmite uno o mas seales de salida resultantes. Es
tambin llamado relevador de cmputo.Elemento Final de Control. Dispositivo que cambia el valorde la variable manipulada directamente de un lazo de control.Elemento Primario. Parte de un instrumento o un lazo, que
detecta el valor de una variable de proceso, o que asume unestado o salida predeterminada. El elemento primario puedeestar separado o integrado con otro elemento funcional de uncircuito, tambin se le conoce como detector o sensor.
Definiciones
E t i d C t l E t i l d t bi
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99#
Estacin de Control. Estacin manual de carga que tambinproporciona la transferencia entre los modos de controlautomtico y manual de un circuito de control. Se conoce
tambin como estacin automtico y manual.Estacin Manual de Carga. Dispositivo que cuenta con unasalida ajustable manualmente que se usa para actuar uno o
ms dispositivos remotos, pero que no puede ser usada paratransferir entre los modos de control automtico y manual deun circuito de control.Error. Es la diferencia algebraica entre la indicacin actual y
el valor verdadero de una magnitud medida. A menudoexpresado como un porcentaje del SPAN O del valor aescala total. Los valores positivos del error denotan laindicacin del instrumento es ms grande que el valor real.
Definiciones
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100#
Exactitud. Lmites dentro de los cuales puede variar el valorestablecido de una propiedad del proceso con respecto a su
valor. Esta se expresa generalmente en un porcentaje de laescala total.Frecuencia Natural. Frecuencia a la cual el sensor, bajocondiciones de carga resonar con algunas fuentes de
frecuencia externa.Funcin. Propsito de o accin realizada por un dispositivo.Histresis. La diferencia en la seal de medicin para un
valor dado de una variable de proceso cuando se alcanzaprimero desde una carga cero y despus desde la escalatotal.
Definiciones
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101/240
101#
Identificacin. Secuencia de letras y/o dgitos usados paradesignar un instrumento individual o un circuito.
Instrumento. Dispositivo utilizado para medir y/o controlaruna variable directa o indirectamente. El trmino incluyeelementos primarios, finales, dispositivos de cmputo ydispositivos elctricos como alarmas, interruptores y botones
de paro.Instrumentacin. Es la rama de la ingeniera involucradacon la aplicacin de los instrumentos a un proceso industrial
para medir o controlar alguna variable y es referida a todoslos instrumentos para cumplir este propsito.
Definiciones
8/4/2019 Instrumentacion Basica de Procesos Industrtiales ISA_Parte1[1]
102/240
102#
Interruptor. Dispositivo que conecta, desconecta o transfiereuno o ms circuitos, y que no es designado comocontrolador, un revelador o una vlvula de control. EIinterruptor es un dispositivo que (I mide (I la variable y opera(abre o cierra) cuando sta alcanza un valor predeterminado.Lazo. Combinacin de dos o mas instrumentos o funciones
de control arregladas para el propsito de medir y/o controlaruna variable de procesoLinealidad. Se define como la desviacin mxima a partir deuna lnea recta que une el valor de la seal de medicin a
carga cero con la seal de medicin a una carga dada.Local. Localizacin de un instrumento que no esta en eltablero ni atrs del tablero. Los instrumentos locales estncomnmente en la vecindad de un elemento final de control.
Definiciones
8/4/2019 Instrumentacion Basica de Procesos Industrtiales ISA_Parte1[1]
103/240
103#
Longitud de Inmersin. Longitud desde el extremo libre delpozo o bulbo al punto de inmersin en el medio al cual se
est midiendo la temperatura.Luz Piloto. Luz que indica un nmero de control normales deun sistema o dispositivo. Tambin se le conoce como luzmonitora.
Medicin. Determinacin de la existencia o magnitud de unavariable. Los instrumentos de medicin incluyen todos losdispositivos usados directa o indirectamente para estepropsito.Modos de Control. Mtodo con el cual un controladorcontrarresta la desviacin de una seal de su punto deajuste.
Definiciones
8/4/2019 Instrumentacion Basica de Procesos Industrtiales ISA_Parte1[1]
104/240
104#
Montado en Tablero. Trmino aplicado a un instrumentoque esta montado en el panel frontal del tablero y que es
accesible al operador para su uso normal.Parte posterior del tablero. Trmino aplicado al rea que seencuentra atrs del tablero y que contiene los instrumentosque no es necesario que se encuentren accesibles al
operador para su uso normal.Proceso. Cualquier operacin o secuencia de operacionesque involucre un cambio de estado, de energa, decomposicin, de dimensin de otra propiedad que puede
definirse con respecto a un dato.Programa. Secuencia repetida de acciones que definen elestado de las salidas en relacin a un conjunto de entradas.
Definiciones
Punto de Ajuste (Set -Point SP) magnitud predeterminada
8/4/2019 Instrumentacion Basica de Procesos Industrtiales ISA_Parte1[1]
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105#
Punto de Ajuste. (Set -Point, SP) magnitud predeterminadade una variable de proceso que el controlador trata demantener.
Punto de Prueba. Conexin de proceso en la cual no hayinstrumento conectado permanentemente, pero la cual estcolocada para usarse temporal o permanentemente para laconexin futura de un instrumento.Rango. Regin entre cuyos lmites una cantidad se mide,recibe o transmite.Rango de Operacin. (SPAN) Diferencia algebraica entre
los valores de ms bajo y ms alto rango.Rango Compensado de Temperatura. Rango detemperaturas sobre el cual el sensor se compensa paramantener el rango de operacin y el balance del cero dentro
de los lmites es ecificados.
Definiciones
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106#
Rangeabilidad. La relacin entre los valores de ms alto yms bajo rango.
Relevador. Dispositivo que recibe informacin en la forma deuna o ms seales de instrumento, modifica la informacin osu forma o ambas si se requiere, enva una o ms sealesresultantes y no es designado como controlador, interruptor o
algn otro, el trmino relevador se aplica especialmentetambin a un interruptor elctrico que es actuadoremotamente por una seal elctrica.
Reluctancia. Oposicin que presenta una sustanciamagntica al flujo magntico. Se expresa como la relacin dela diferencia de potencial magntico, al flujo correspondiente.
Definiciones
Repetibilidad La capacidad de un instrumento de generar
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107#
Repetibilidad. La capacidad de un instrumento de generaruna seal de medicin cuya magnitud permanecer dentrode los lmites establecidos de repetibilidad bajo idnticascondiciones de proceso sucediendo en tiempos diferentes.Resolucin. El cambio ms pequeo en la variable deproceso que produce un cambio detectable en la seal de
medicin expresado en porcentaje de la escala total.Respuesta. Comportamiento de la salida de un dispositivocomo funcin de la entrada, ambos con respecto al tiempo.Reproducibilidad. La exactitud con que un a medicin y otra
condicin puede ser duplicada a travs de un periodo detiempo.Ruido. Perturbaciones externas o cualquier otra seal queno aporta informacin.
Definiciones
Si t d t l di t ib id U i t i t d
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Sistema de control distribuido. Un sistema integradofuncionalmente que consiste de subsistemas separados
fsicamente y localizados remotamente uno de otro.Sensitividad. (Sensibilidad) La razn de cambio en la salidacausada por un cambio en la entrada, despus que se haalcanzado el estado estacionario. Se expresa como la
relacin numrica en unidades de medicin de las doscantidades establecidas.Seal. Informacin que en forma neumtica, elctrica, digitalo mecnica, se transmite de un componente de un circuito de
instrumentacin a otro.Tablero. Una estructura que contiene un grupo deinstrumentos montados en l y al cual se le da una
designacin individual. Pueden consistir de una o ms
Definiciones
ill i it i l E l t d
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109#
casillas, secciones escritorios o paneles. Es el punto deinterfase entre el proceso y el operador.Telemetra. La prctica de transmitir y recibir la medicin deuna variable para lectura u otros. El trmino se aplicacomnmente a sistemas de seal.Termistor. Resistor elctrico cuya resistencia varia con la
temperatura.Tiempo de Respuesta. Intervalo de tiempo requerido paraque la seal de "-~ medicin de un detector alcance unporcentaje especifico de su valor final como
resultado de un cambio de escaln en la variable de proceso.Tiempo Muerto. Intervalo de tiempo entre la iniciacin de uncambio en la entrada y el comienzo de la respuesta
resultante.
Definiciones
Transmisor Dispositivo que detecta el valor de una variable
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110#
Transmisor. Dispositivo que detecta el valor de una variablede proceso por medio de un elemento primario (o sensor) yque tiene una salida cuyo valor de estado estacionario variaslo como una funcin predeterminada de la variable deproceso. Elemento primario puede o no ser integral altransmisor.
Vlvula de Control. Elemento final de control, a travs delcual, un fluido pasa, que ajusta la magnitud del flujo de dichomediante cambios en el tamao de su abertura y de acuerdocon la seal que recibe del controlador, y as lograr la accin
correctiva necesaria.Variable. Cualquier fenmeno que no es de estadonecesario sino que involucra condiciones continuamentecambiantes.
Reglas para la identificacin deinstrumentos
a) Cada instrumento o funcin a ser identificado se le
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111#
a) Cada instrumento o funcin a ser identificado se ledesigna un cdigo alfanumrico o nmero de identificacin:
TIC-103
b) El nmero del instrumento puede incluir informacin delcdigo de rea o series especficas. Normalmente la serie900 a 99 puede ser utilizada para instrumentos relacionadoscon seguridad.
c) Cada instrumento puede representarse en un diagramapor un smbolo que puede acompaarse con una
identificacin.
IDENTIFICACINFUNCIONAL
NMERO DELINSTRUMENTO
Reglas para la identificacin deinstrumentos
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d) La identificacin funcional del instrumento consiste deletras de acuerdo a la tabla, en donde la primer letra designa
la variable inicial o medida y una o mas letras subsecuentesidentifican la funcin del instrumento.
TIC
VARIABLE MEDIDA(Temperatura)
FUNCIN(Indicador Controlador)
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Identificacin de
instrumentos
Combinaciones en la identificacin
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Reglas para la identificacin deinstrumentos
) L id tifi i f i l d l i t t li d
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e) La identificacin funcional del instrumento se realiza deacuerdo a la funcin y no a la construccin (por ejemplo, un
transmisor de nivel LT en lugar de un transmisor de presindiferencial PDT).
f) El nmero de letras utilizado debe ser el mnimo para
describir al instrumento.
g) Un instrumento multifuncional puede ser simbolizado por
ms de un instrumento.
Notas para la identificacin deinstrumentos
1 P b i l d i i li d
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1. Para cubrir las designaciones no normalizadas quepueden emplearse repetidamente en un proyecto se han
previsto letras libres. Estas letras pueden tener unsignificado como primera letra y otro como letra sucesiva.Por ejemplo, la letra N puede representar como primeraletra el modelo de elasticidad y como sucesiva un
osciloscopio.
2.La letra sin clasificar X, puede emplearse en las
designaciones no indicadas que se utilizan solo una vez oun numero limitado de veces. Se recomienda que susignificado figura en el exterior del circulo de identificacindel instrumento. Ejemplo XR-3 Registrador de Vibracin.
Notas para la identificacin deinstrumentos
3 C l i l t i tili l l t d
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3. Cualquier letra primera se utiliza con las letras demodificacin D (diferencial), F (relacin) o Q
(interpretacin) o cualquier combinacin de las mismascambia su significado para representar una nueva variablemedida. Por ejemplo, los instrumentos TDI y TI miden dosvariables distintas, la temperatura diferencial y la
temperatura, respectivamente.
4.La letra A para anlisis, abarca todos los anlisis no
indicados en la tabla anterior que no estn cubiertos poruna letra libre. Es conveniente definir el tipo de anlisis allado del smbolo en el diagrama de proceso.
Notas para la identificacin deinstrumentos
5.El empleo de la letra U como multivariable en lugar debi i d i l i l
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una combinacin de primera letra, es opcional.
6.El empleo de los trminos de modificaciones alto, medio,bajo, medio o intermedio y exploracin, es opcional.
7.El termino seguridad, debe aplicarse solo a elementosprimarios y a elementos finales de control que protejancontra condiciones de emergencia (peligrosas para elequipo o el personal). La designacin PSV se aplica a
todas las vlvulas proyectadas para proteger contracondiciones de emergencia de presin sin tener en cuentalas caractersticas de la vlvula y la forma de trabajo lacolocan en la categora de vlvula de seguridad, vlvula de
alivio o vlvula de se uridad de alivio.
Notas para la identificacin deinstrumentos
8.La letra de funcin pasiva vidrio, se aplica a los
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8.La letra de funcin pasiva vidrio, se aplica a losinstrumentos que proporciona una visin directa no
calibrada del proceso.9.La letra indicacin se refiere a la lectura de una medidareal 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 debedesignarse por una primera letra seguida de la letra
sucesiva I.11.El empleo de la letra U como multifuncin en lugar deuna combinacin de otras letras es opcional.
Notas para la identificacin deinstrumentos
12 Se supone que las funciones asociadas con el uso de la
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12.Se supone que las funciones asociadas con el uso de laletra 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 debencorresponder a valores de la variable medida, no a los de
la seal a menos que se indique de otro modo. Porejemplo, una alarma de nivel alto derivada de una seal deun transmisor de nivel de accin inversa debe designarse
LAH incluso aunque la alarma sea actuada cuando la sealcae a un valor bajo.
Notas para la identificacin deinstrumentos
14 Los trminos alto y bajo cuando se aplican a vlvulas
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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 esta, o se aproxima a la posicinde apertura completa.
Bajo: Denota que se acerca o esta en la posicincompletamente cerrada.
Ejercicio 1
Efectuar la identificacin funcional de los siguientes
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Efectuar la identificacin funcional de los siguientesinstrumentos:
a) LICb) PYc) FV
d) FQIe) WTf) TE
g) AICh) SRi) TAHH
j) LSL
Ejercicio 2
Indicar los cdigos alfanumricos de los siguientes
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123#
Indicar los cdigos alfanumricos de los siguientesinstrumentos:
a) Registrador de temperaturab) Convertidor electroneumtico de presinc) Interruptor por bajo nivel de flujo
d) Totalizador de flujoe) Indicador de velocidadf) Termopozo de temperatura
g) Controlador de presinh) Vlvula de control de anlisisi) Alarma por muy alta presin
j) Relevador de presin
Tips para numeracin de instrumentos
Utilizar un nmero bsico si el proyecto es pequeo y no hay nmerosde rea unidad o planta:
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124#
de rea, unidad o planta:
Nmero bsico FT-2 o FT-02 o FT-002
Si el proyecto tiene pocas reas, unidades o plantas (9 o menos),utilizar el primer dgito del nmero de la planta como el tag:
FT-102 (1 = nmero de rea, unidad, o planta)
Si el proyecto es divido en reas, unidades o plantas:
FT-102 FT-1102
FT-111002
Algunos proyectos utilizan una secuencia numrica para cada variable deproceso:
FIC 001 FIC 002 FIC 003 etc
Tips para numeracin de instrumentos
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125#
FIC-001, FIC-002, FIC-003, etc. LIC-001, LIC-002, LIC-003, etc.
PIC-001, PIC-002, etc.
Algunos proyectos predeterminan bloques de nmeros: Para indicadores, PI-100 a 300 o TI-301 a 400 Para dispositivos de seguridad, PSV-900 a 999
Algunos proyectos utilizan una secuencia numrica recta:
FT-1, FIC-1, FV-1
Tips para numeracin de instrumentos
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LT-2, LIC-2, LV-2
FT-3, FR-3
La mayora de los proyectos utilizan los sufijos A y B si dos instrumentos en elmismo lazo tienen identificaciones idnticas:
PV-006A, PV-006B
Smbolos generales de instrumentos
LOCALIZACINPRIMARIA
*** NORMALMENTEACCESIBLE AL
MONTADOEN CAMPO
LOCALIZACINAUXILIAR
*** NORMALMENTEACCESIBLE AL
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ACCESIBLE ALOPERADOR
ACCESIBLE ALOPERADOR
INSTRUMENTOSDISCRETOS
MONITOREO COMPARTIDO
CONTROL COMPARTIDO
FUNCINDE COMPUTO
CONTROL LGICOPROGRAMABLE
1 2 3
4 5 6
7 8 9
10 11 12
Smbolos de instrumentos
SUMINISTROSSA S i i t d i LI
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LOCALIZACINPP En lnea de proceso
LO En campo, localPNB En tablero principal de controlBPNB Parte posterior del tableroPNBL En tablero de control local
SA Suministro de aireSE Suministro elctricoSG Suministro de gasSH Suministro hidrulicoSN Suministro de nitrgeno
SS Suministro de vaporSW Suministro de agua
LI
2702
SA
Bloques de funciones de instrumentos
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Simbologa de lneas en los diagramas
(1) SUMINISTRO A PROCESO *O CONEXIN A PROCESO
(2) SEAL NO DEFINIDA
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(3) SEAL NEUMTICA **
(4) SEAL ELCTRICA
(5) SEAL HIDRALICA
(6) TUBO CAPILAR
(7) SEAL SNICA O ELECTROMAGNTICA
(GUADA)***
(8) SEAL SNICA O ELECTROMAGNTICA(NO GUADA)***
(9) LNEA DE SISTEMA INTERNO (LNEA DEDATOS O DE SOFTWARE)
(10) LINEA MECNICA
(11) SEAL NEUMTICA BINARIA
(12) SEAL BINARIA ELCTRICA
SMBOLOS BINARIOS OPCIONALES
Simbologa de vlvulas
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Accin del actuador a falla de energa
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ABRE A FALLA CIERRA A FALLACIERRA A FALLA
A VA A-C
ABRE A FALLAVAS A-C Y D-B
SE BLOQUEA A FALLA(LA POSICIN NO CAMBIA)
POSICIN INDETERMINADAA FALLA
Ejemplos de
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Ejemplos de
simbologa deelementosprimarios de
flujo
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Ejemplos derelevadoresde cmputo
Diagrama esquemtico
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Diagrama esquemtico
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Diagramas de lazo y el ndice de instrumentos
Aunque los DTIs son muy importantes, no contienen todala informacin necesaria Los documentos bsicos que
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la informacin necesaria. Los documentos bsicos quecomplementan la informacin del DTI son:
- Diagramas funcionales de instrumentacin o diagramasde lazo.
- Indice de instrumentos.
Diagrama funcional de instrumentacin o delazo
Es un diagrama que muestra todos los dispositivos en unlazo especfico utilizando la simbologa que identifica lasi t i i l id tifi i d
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interconexiones, e incluye nmero e identificacin de
conexiones, tipo de cables y tamaos, tipos de seal, etc.La mayora de la gente considera que el diagrama funcionalde instrumentacin es el documento ms importante para
un instrumentista.Siempre que se requiera la localizacin de fallas, eldiagrama funcional de instrumentacin es un documento
muy valioso, ya que contiene suficiente informacin paracombrobar o verificar averas en ese lazo, ya que no slocontiene el diagrama de cableado, sino que muestra todoslos dispositivos conectados a ese lazo.
Usos Diseo
Construccin
Tipos Neumtico
Electrnico
Diagrama funcional de instrumentacin o delazo
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Puesta en marcha
Operacin Mantenimiento
Modificaciones
Despelgados compartidos
Ejemplos de diagramas funcionales deinstrumentacin
CTB 1CableCable-3B
JB30
JB40
rea de proceso en campo rea de cableado Gabinete Consola
Cable -4A
Setpoint
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FIC
301J100
J110
A8
A9
51
XJA11
12
13
1
2
3
+
-
FE
301
FT
301
A8
A9UJA
14
15
6
7
+
-
FV301 FY
301
O S
AS 20 PSIG
CTB 2
50-1-1
Cable
50-1-2
PR-14
PR-15
PR-1
PR-2
Shield BendBack & Tape
Shield BendBack & Tape
Indice de instrumentos
El ndice de Instrumentos es una lista alfanumrica detodos los instrumentos que se muestran en el DTI,
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q ,proporcionando los datos para la instalacin, la puesta enmarcha, el mantenimiento y las modificaciones.
Los datos incluidos en el ndice de instrumentos vara ydepende de la complejidad de la instrumentacin de las
plantas.Bsicamente el ndice de instrumentos debe incluir el tag,la descripcin, la localizacin fsica, la referencia cruzada
con otros documentos asociados o dibujos. El ndice deinstrumentos es una herramienta muy til para proyectosfuturos si es actualizada.
Indice de instrumentos tpico
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Indice de instrumentos tpico
Tag # Desc. DTI # UltimaCalib.
Calib.por
Fecha Cal.esperada
Rangode Calib.
Peligros
LI-50 VS. 50 H2s 103 Aug 01 AWS Aug 02 0-75 H2S
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H2O
LAL-50 VS. 50 H2S Alarmaen nivel bajo 103 Aug 01 AWS Aug 02 10H2O H2S
LSLL-50
VS. 50 H2S Switchen nivel bajo
103 Aug 01 AWS Aug 02 5H2O H2S
LT-100 VS. 100 - K.O. Drum 103 May 02 DAL Nov 02 0-125H2O
LI-100 VS. 100 - K.O. Drum 103 May 02 DAL Nov 02 0-100% --
LT-201 VS. 201 Columna dedestilacin
205 Nov 02 BJP Feb 03 0-164H2O
N2 Blanket
LIC-201 VS. 201 Columna dedestilacin
205 Nov 02 BJP Feb 03 0-100%
INSTRUMENTACIINSTRUMENTACINN
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Standards
Certification
Education & Training
Publishing
Conferences & Exhibits
BBSICA DE PROCESOSSICA DE PROCESOSINDUSTRIALESINDUSTRIALES
CAPCAPTULO 3TULO 3
MEDICIMEDICIN DE TEMPERATURAN DE TEMPERATURA
M. en C. Armando Morales Snchez16, 17 y 18 de mayo del 2007
El Lazo de control
PERTURBACIONES
d(t)
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ELEMENTOFINAL DECONTROL
PROCESOELEMENTOPRIMARIO
DE MEDICION
CONVERTIDOR OTRANSDUCTOR TRANSMISOR
PUNTO DE AJUSTE
VARIABLE
CONTROLADA
VARIABLE
MANIPULADA
CONTROLADOR
m(t)
c(t)
e(t)=R(t)-c(t)
R(t)
Elemento primario de medicin
El elemento primario de medicin, detector o sensor es uninstrumento, que puede formar parte de un lazo de control,
i d t t l l d l i bl d
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que primero detecta o sensa el valor de la variable de
proceso y que asume un estado o salida legible,correspondiente y predeterminado.
Contempla generalmente dos partes: un sensor o elementoprimario de medicin que mide la variable controlada c(t), ala que se llamar ms adelante como variable de procesoPV, y la transforma a un tipo diferente de energa.
Elemento primario de medicin
Las seales elctricas estndar manejadas son: 4-20mA.C.D., 0-5 V.C.D. y 0-10 V.C.D. As por ejemplo, si sedesea medir una temperatura de 0-700oC, la seal de 4
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desea medir una temperatura de 0 700 C, la seal de 4
mA. corresponder a 0o
C. y la seal de 20 mA.corresponder a 700oC.
La razn bsica de la seal estndar es utilizar
solamente un solo tipo de controlador universal que seaplique a cualquier variable de proceso (temperatura,flujo, nivel, presin, peso, densidad, conductividad, etc.).
En algunos casos, el elemento primario de medicin y eltransmisor vienen en un solo instrumento, como es elcaso de los transmisores de presin.
El Controlador
Su funcin es fijar la variable controlada c(t) en un valord d R(t) id t d j t t
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deseado R(t), conocido como punto de ajuste o set
point, mediante la manipulacin de su salida o variablemanipulada m(t) a travs de un actuador que interactadirectamente en el proceso. Este controlador en su
entrada y salida maneja tambin seales elctricasestndar e incluyen internamente el comparador ogenerador de la seal de error.
El Elemento Final de Control
Convierte la seal estndar recibida por el controlador enuna seal adecuada para interactuar con el proceso y as
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una seal adecuada para interactuar con el proceso y as
modificar o mantener el valor de la variable controlada.Normalmente contempla dos partes: un transductor y unelemento final de control. Por ejemplo, si el elemento finalutilizado es una vlvula de control, se requiere un
transductor que convierta la seal elctrica de 4-20mA.C.D. en una seal de aire con una presin de 3-15PSIG (lb/pulg2).
Medicin de temperatura
" La Temperatura es una manifestacin del promedio deenerga cintica, ondulatoria y de traslacin de las
molculas de una sustancia"
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molculas de una sustancia .
Las unidades de temperatura son establecidas en cincoescalas arbitrarias: escala Farenheit F, escala CentigradaC, escala Kelvin K, escala Rankine R y escala ReamurR
La conversin ms comn es de C a F.
C= (F-32)/1.8F=1.8 C +32
Escalas de temperatura
Escala CeroAbsoluto
Fusin delHielo
Evaporacin
K l i 0K 273 2K 373 2K
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Kelvin 0K 273.2K 373.2K
Rankine 0R 491.7R 671.7R
Reamur -218.5Re 0Re 80.0Re
Centgrada -273.2C 0C 100.0C
Fahrenheit -459.7F 32F 212.0F
Escalas de Temperatura: Ms comunes
Fahrenheit El agua se congela a 32F, y hierve a 212F
A nivel del mar
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Celsius (centigrados antes de 1948) El agua se congela a 0C, hierve a 100C A nivel del mar
F= (C x 1.8) + 32
C= 5/9 (F -32)
Escalas de Temperature: Absolutas
Escala-Kelvin Termodinamica El movimiento molecular se detiene a 0K
El agua se congela a 273.15K, hierve a 373.15K
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K=C + 273.15 Las unidades grados tienen el mismo tamao que la escala enCelsius
Escala de temperatura Internacional de 1990
Rankine: El paralela a la escala termodinmica pero en unidades gradostiene el mismo tamao que en la escala Fahrenheit
R=F + 459.64
Uso de la medicin de temperatura
La deteccin, medicin y control de temperatura en procesosindustriales es deseada en los siguientes casos:
E i i l t f i
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-En operaciones que involucran transferenciade calor, como los intercambiadores de calor,hornos, rehervidores, evaporadores ocalderas.
- Control de reacciones qumicas sensibles ala temperatura.
- Operacin de equipos, como torres dedestilacin, tanques de almacenamiento,torres de enfriamiento, mezcladores,cristalizadores, etc.
Uso de la medicin de temperatura
- Monitoreo del funcionamiento de equipo rotatorio, paraprevenir calentamiento, como turbinas, compresores,bombas y motores en general
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bombas y motores en general.
- Control de temperatura de productos y lmites de planta.
Medicin inferencial de temperatura
Los instrumentos de temperatura utilizan diversos fenmenosque son influidos por la temperatura:
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a) Variaciones en volumen o en estado de los cuerpos(Termmetros de vidrio y bimetlicos, sistemas termales);
b) Variacin de resistencia de un conductor (Bulbos deresistencia RTD, termistores);
c) Generacin de una f.e.m. creada en la unin de dosmetales distintos (termopares);
d) Intensidad de la radiacin total emitida por el cuerpo
(pirmetros de radiacin);e) Otros fenmenos utilizados en laboratorio (velocidad delsonido en un gas, frecuencia de resonancia de un cristal,etc.)
Termmetros
TERMMETROS
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DE VIDRIO BIMTALICOS
CLNICOS INDUSTRIALES
Termmetros de vidrio
El termmetro de lquido encerrado son los ms familiares yconstan de un depsito de vidrio que contiene, por ejemplo,mercurio y que al calentarse se expande y aumenta su volumenen el tubo capilar
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en el tubo capilar.
Su bulbo, relativamente grande en la parte ms baja deltermmetro, contiene la mayor cantidad del lquido, el cual se
expande cuando se calienta y sube por el tubo capilar en elcual se encuentra grabada una escala apropiada con marcas.Los lquidos ms usados son alcohol y mercurio.
El mercurio no puede usarse debajo de su punto decongelacin de -38.78F (-37.8C) y por arriba de su punto deebullicin a 357 oC, con la ventaja de ser porttil.
Termmetros de vidrio
El alcohol tiene un coeficiente de expansin ms alto que el delmercurio pero esta limitado a mediciones de baja temperatura,hasta -110 oC, debido a que tiende a hervir a temperaturas
o
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Mercurio...........................................................-35 hasta +280 C
Mercurio (tubo capilar lleno de gas).................-35 hasta+450 CPentano...........................................................-200 hasta +20 CAlcohol............................................................-110 hasta +50CTolueno.......................................................... -70 hasta +100C
altas, su punto de ebullicin es a 78o
C.
Termmetro bimetlico
Los termmetros bimetlicos se basan en el coeficiente dedilatacin de dos metales diferentes, tales como latn, monel oacero y una aleacin de ferronquel o Invar laminados
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conjuntamente. La diferencia en la relacin de coeficiente deexpansin de cada metal provoca que el elemento bimetlico se doble.Las lminas bimetlicas van unidas y pueden ser rectas ocurvas, formando espirales o hlices.
Termmetro bimetlico
Cuando se unen los dos metales y enredados en espiral, la expansinprovoca que el lado libre rote. Este es un instrumento relativamentebarato, pero es inexacto y lento en relacin a su respuesta.
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Fixed End
Free End Attachedto Pointer Shaft
Rotating Shaft
Bulb
5 6 78
9
10
432
1
0
Bulbo
Extremo fijo
Extremo libreconectado aleje del indicador
Eje giratorio
FREE END
FIXED END
HIGHEXPANSIONCOEFFICIENT
LOWEXPANSIONCOEFFICIENT
FREE END
FIXED END
EXTREMO LIBRE
EXTREMO FIJOEXTREMO FIJO
EXTREMO LIBRE
ALTOCOEFICIENTEDE EXPANSIN
BAJOCOEFICIENTEDE EXPANSIN
Termmetro bimetlico
Este instrumento contiene pocas partes mviles, slo la agujaindicadora sujeta al extremo libre de la espiral o de la hlice y elpropio elemento bimetlico. El eje y el elemento estn sostenidos con
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cojinetes y el conjunto est construido con precisin para evitarrozamientos. La precisin del instrumento es de 1% y su campo demedida (rango) es de 200 a +500 C.Este instrumento es el indicador local de temperatura mascomnmente utilizado.
Sistemas Termales
Este es uno de los mtodos ms antiguos utilizados paraindicacin local, registro y control y actualmente su uso se limitaa transmisores, sobretodo en lazos neumticos. Bsicamente
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es un medidor de presin que consiste de:
- Un bulbo sensitivo, inmerso en el medio a medir.
- Un tubo capilar conectado del bulbo al dispositivo de lecturapara que cuando la temperatura del bulbo cambia, el gas o ellquido en el bulbo se expanden y la espiral tiende adesenrollarse moviendo,
- Un dispositivo indicadoractuado por presin para efectuar laindicacin de temperatura.
Mecanismo del sistema termal
bulbo
Dispositivoindicador
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capilar
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Compensacin del sistema
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Clasificacin del sistema termal
De acuerdo a la Asociacin de Fabricantes de AparatosElctricos (SAMA) existen cuatro grupos de acuerdo alfluido de llenado y al rango:
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- Clase I Llenado con lquidos (cambios de volumen)- Clase II Lle