control i instrumentos de control - parte 1

7/23/2019 Control I Instrumentos de Control - Parte 1

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INSTRUMENTACIN INDUSTRIAL

GENERALIDADES:CARACTERSTICAS DE LA

INSTRUMENTACIN INDUSTRIAL


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Generalidades

Instrumentacin industrial.

Caractersticas y parmetros de la instrumentacin industrial.


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La tendencia en la industria es implementar sistemas de control automtico paraatender a los distintos procesos industriales.

Normalmente, un sistema de control opera en el esquema de lazo cerrado en el que,se mide el valor de una variable (magnitud), se compara con un punto de consigna ovalor deseado (set point); y, en funcin de la desviacin o error existente, se tomauna accin de correccin.

Las acciones de medir, y, realizar la accin de correccin, se cumplen a travs de losrecursos de la instrumentacin industrial.

En todo proceso industrial, el uso de instrumentos de medicin y de accin permite:

mantener los parmetros de calidad de los productos generados por el proceso

supervisar la operacin del proceso

recopilar informacin referente a los volmenes de produccin y cantidad demateria prima consumida

determinar condiciones inseguras de operacin,

otros

Instrumentacin industrial

Por qu utilizar instrumentacin en la industria?


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Por qu utilizar instrumentacin en la industria?


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Los proyectos de instrumentacin de un proceso industrial son complejos,multidisciplinarios, y, sostenidos en el tiempo. El ciclo de vida de un sistema deinstrumentacin incluye:

la definicin conceptual del proyecto: ingeniera conceptual

el diseo del proyecto: ingeniera bsica

la implantacin del proyecto: ingeniera de detalle

el arranque y puesta en marcha

la operacin

el mantenimiento del sistema

la desincorporacin del sistema


Proyectos de instrumentacin industrial


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En la ingeniera conceptual se identifican necesidades, se definen objetivos, seplantean posibles soluciones, se realiza el estudio de factibilidad tcnica y econmicade cada alternativa propuesta, y, se selecciona una de ellas.

En la ingeniera bsicase realizan las especificaciones tcnicas de la instrumentacina ser utilizada en el proyecto, y, se elaboran los planos de instalaciones e

instrumentacin.

En la ingeniera de detalles se genera toda la documentacin necesaria para lainstalacin, arranque, y, puesta en operacin del sistema.


Proyectos de instrumentacin industrial


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De acuerdo ala variable del proceso, pueden existir instrumentos de caudal, nivel,presin, temperatura, densidad y peso especfico, humedad y punto de roco,viscosidad, posicin, velocidad, pH, conductividad, frecuencia, fuerza, turbidez, etc.

De acuerdo a la funcin del instrumento, estos pueden ser transductores, sensores,receptores, transmisores, indicadores, registradores, convertidores, controladores,

elementos de accin final, interruptores de lmite, elementos ciegos (alarmas).


Clases de instrumentos


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La Sociedad de Instrumentacin, Sistemas, y, Automatizacin de Norteamrica

(ISA), define al transductorcomo un dispositivo que recibe energa de un sistema, y,suministra energa (ya sea del mismo tipo o de un tipo diferente) a otro sistema de talmanera que, ciertas caractersticas deseadas de la energa de entrada aparecen en lasalida.

El trmino transductor es muy amplio y se recomienda utilizar slo para aquellos

instrumentos que no quepan en los otros grupos funcionales.

Transductores pasivos: son aquellos que necesitan una fuente de energa (dealimentacin), diferente de la seal de entrada. Ej: fotoresistencias, RTD (ResistanceTemperature Detector), etc.

Transductores activos: son aquellos que generan una salida, an sin una fuente dealimentacin diferente de la propia seal de entrada. Ej: termopares, fotoclulas, etc.

Transductores digitales: son aquellos que generan salidas discretas en el tiempo,tpicamente seales digitales binarias. Ej: contadores de eventos, discoscodificadores, etc.


Clases de instrumentos: transductores


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Un elemento primario o sensor es aquel que responde cuantitativamente a una

medida. Por ejemplo, un resorte responde a una fuerza segn su elongacin.

Un buen sensor debe perturbar lo menos posible la variable medida, de modo de nointroducir errores en la medicin. Ej: conexin del ampermetro en un circuitoelctrico.

Sensores intrusivos: son aquellos que necesitan estar en contacto fsico directo con elcuerpo o material sobre el cual se desea realizar alguna medicin. Ej: termopar

Sensores invasivos: son aquellos que no slo necesitan estar en contacto fsico directocon el cuerpo o material sobre cual se desea realizar alguna medicin, si no queadems pueden modificar significativamente (si son mal dimensionados) la dinmica

del proceso. Ej: un flotador para medir nivel

Sensores no intrusivos: son aquellos que no necesitan estar en contacto directo con elcuerpo o material sobre el cual se desea realizar alguna medicin. Ej: medidores denivel en base a ultrasonido.


Clases de instrumentos: sensores


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Receptor es el nombre genrico de los instrumentos que reciben las seales

provenientes de los transmisores.

Se consideran receptores a los registradores, a los controladores, y, a los indicadores,siempre que estn acoplados a un transmisor.


Clases de instrumentos: receptores


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Los transmisores son instrumentos que captan la variable medida a travs de un

sensor, y, la convierten en una seal estndar para su transmisin, la cual es slofuncin de la variable medida.

El uso de transmisores permite centralizar la gestin de la informacin de lasvariables medidas, para efectos de control o de garantizar la seguridad del personal.

Generalmente, las seales de los sensores no tienen la potencia suficiente para sertransmitidas a largas distancias, por lo que los transmisores incluyen etapas deamplificacin y transmisin.

Para la transmisin analgica de variables de proceso, existen dos estndares: 3 a 15psi (pound force per square inch) para seales neumticas, y, 4 a 20 mA para seales

elctricas.

Para la transmisin digital de variables de proceso, se utilizan dos protocolos:Fieldbus Foundation (ISA S50), y, Profibus.


Clases de instrumentos: transmisores


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Los indicadores son instrumentos utilizados para

mostrar visualmente el valor presente de unacantidad medida.

Los indicadores pueden ser analgicos y digitales


Clases de instrumentos: indicadores


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Los registradores son instrumentos que registran

con un trazo continuo o discreto el valor de unavariable en funcin de otra, tpicamente el tiempo.

Los registradores pueden ser analgicos y digitales


Clases de instrumentos: registradores


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Los convertidores son instrumentos que se utilizan

para cambiar de una seal estndar a otro.

Existen dos tipos de convertidores:

los convertidores P/I, que convierten una seal deentrada neumtica (3 a 15 psi) a una seal elctrica (4 a

20 mA), y, los convertidores I/P, que convierten la seal elctrica

en una seal neumtica.


Clases de instrumentos: convertidores


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Los controladores son dispositivos que regulan la

variable controlada (presin, nivel, temperatura,etc.), comparndola con un valor predeterminado opunto de consigna, y, ajustando la salida deacuerdo a la diferencia o resultado de lacomparacin, a fin de ejercer una accin correctivade acuerdo con la desviacin.

Los controladores no slo se utilizan para esquemasde control regulatorio, sino tambin para realizarestrategias de control secuencial, caso en el cualreciben el nombre de controladores de lgicaprogramable (PLC).


Clases de instrumentos: controladores


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Los elementos de accin final son los instrumentos

que reciben la seal del controlador (seal decontrol) y que actan sobre el proceso tecnolgico.

Los elementos de accin final pueden serneumticos, elctricos, hidrulicos, etc.

Ej: vlvulas para control de flujo, tiristores paracontrol de corriente elctrica, motores de paso para

control de posicin.


Clases de instrumentos: elementos de accin final


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Los interruptores de lmite son instrumentos que

captan el valor de cierta variable de proceso, ycambian de estado cuando la variable excede ciertovalor.

Ej: un flotante en un tanque, el cual causa el cierrede la vlvula de entrada de fluido al tanque.

En ocasiones los interruptores de lmite se puedenutilizar como controladores ON/OFF.

Ej: el termostato de un sistema de aireacondicionado, que se encarga de activar el

compresor cuando la temperatura es mayor a ciertovalor, y, de apagarlo cuando es inferior a otrolmite.


Clases de instrumentos: interruptores de lmite


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Los elementos ciegos son instrumentos sin

indicacin visible, utilizados generalmente comoalarmas.

Los elementos ciegos pueden ser luminosos,audibles, etc.


Clases de instrumentos: elementos ciegos

d l


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La seleccin y aplicacin adecuada de los instrumentos de medicin y de accin,depende de una gran cantidad de factores como:

conocimiento del proceso

conocimiento de los diferentes principios de medicin

interpretacin adecuada de las caractersticas dadas por el fabricante de cada

instrumento

correcta instalacin y mantenimiento de los instrumentos

otros


Seleccin de la instrumentacin industrial


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Generalidades P2

Caractersticas y parmetros de la instrumentacin industrial.


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Caractersticas y parmetros de la instrumentacin industrial

Las caractersticas y parmetros de la instrumentacin industrial se clasifican en tresgrupos:

caractersticas y parmetros relacionados al rango

caractersticas y parmetros estticos

caractersticas y parmetros dinmicos


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El rango de medicin es el espectro de valores de la variable medida, comprendido entre dos

lmites dentro de los cuales, la seal es recibida, transmitida, o, indicada por le instrumento.

El lmite alto del rango de medicin se denomina rango superior (RS), mientras que el lmite bajodel rango de medicin se denomina rango inferior (RI).

El alcance del instrumento de medicin, se define como la diferencia entre el RS y el RI. (Alcance= RS RI)

El rango de medicin puede ser expresado en trminos de la variable medida, en trminos de lavariable recibida, o, en trminos de la variable transmitida.

Ej: un transmisor de temperatura puede tener un rango de medicin de -10C a 50C, un rango enla entrada de -10mV a 100mV, y, un rango en la salida de 4 a 20 mA.

Existen instrumentos multirango, que pueden ser utilizados en distintos rangos de medicin. Ej:multmetro.

Rango de medicin (range) y alcance (span)


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Cuando el valor cero de la variable medida est por encima del RI, se dice que elinstrumento de medicin tiene el rango con el cero elevado, o, que tiene elevacin decero. El factor de elevacin de cero (FE) se calcula como:

FE = |RI| / Alcance

Cuando el valor cero de la variable medida est por debajo del RI, se dice que elinstrumento de medicin tiene el rango con el cero suprimido, o, que tiene supresinde cero. El factor de supresin de cero (FS) se calcula como:

FS = |RI| / Alcance

La variabilidad del rango (rangeability) de un instrumento de medicin, se define

como la relacin entre el valor mximo que puede medir y el valor mnimo quepuede medir. Normalmente, la variabilidad del rango es una caractersticaprincipalmente asociada a los instrumentos de medicin de caudal y a las vlvulaspara control de caudal.

Rango de medicin (range) y alcance (span)

C i d l i i i d i l


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Las caractersticas estticas de uninstrumento de medicin, son aquellas quepresenta el instrumento para una variablemedida en estado estacionario.

La determinacin de las caractersticasestticas de un instrumento de medicin es

una actividad experimental basada en usode instrumentos patrones de baja tolerancia,o, en el uso de principios fsicos para mediruna variable cuyo significado se conocesuficientemente.

Caractersticas estticas de los instrumentos de medicin

C t ti t d l i t t i i d t i l


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Se denomina exactitud a la conformidad de un valor indicado, transmitido, o,registrado, respecto de un valor ideal o estndar.

Hay tres formas de estimar la exactitud de un instrumento: estimacin basada en elvalor ms alejado, estimacin basada en la desviacin promedio, y, estimacin basadaen la desviacin estandar.

La estimacin basada en el valor ms lejano, expresa a la exactitud como:

|Vm ms alejado Vr |

En dnde:

Vm ms lejado, es el valor medido ms alejado del valor realVr, es el valor real

Caractersticas estticas de los instrumentos de medicin: Exactitud (accuracy).

C t ti t d l i t t i i d t i l


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La estimacin basada en la desviacin promedio, expresa a la exactitud como:

d

En donde:

d, es la desviacin promedio,di, es la diferencia entre el valor medido en la i-sima medicin y el valor real

N, es el nmero de mediciones




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La estimacin basada en la desviacin estndar, expresa a la exactitud como:

( + k.)

En donde:

,es el error promedio

,es la desviacin estndar del error de todas las mediciones tomadas (para lo cual se asume que el

error sigue una curva de distribucin normal).

xi, es la diferencia entre el error de la medicin i-sima (ei) y el error promedio de las mediciones(eprom):

xi = (ei - eprom)

k,es un valor entre 1 y 3. (k=1 para el 68 % de la muestra, k=2 para el 95%, y, k= 3 para el 99,7%).




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La precisin o repetibilidad de un instrumento de medicin, es la capacidad de ste

para indicar valores idnticos, bajo el mismo valor de la variable medida, y, en lasmismas condiciones de servicio (mismo sentido de variacin).

A diferencia de la exactitud, la precisin indica la dispersin (entre si) de los valoresmedidos, ms no la diferencia entre los valores medidos y los valores reales.

Caractersticas estticas de los instrumentos de medicin: precisin o repetibilidad (repeatability).



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Caractersticas estticas de los instrumentos de medicin: exactitud vs precisin



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Caractersticas estticas de los instrumentos de medicin: banda muerta (dead band).

La banda muerta de un instrumento de

medicin es el rango de valores, dentro del cualpuede variar la variable medida sin que seproduzcan variaciones a la salida delinstrumento.

La banda muerta, se mide durante el cambio de

direccin de la variacin de la seal medida.

La banda muerta tiene su origen en friccionesmecnicas, inercias elctricas, y, otrasmanifestaciones que impliquen almacenamientoo intercambio de energa.



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Caractersticas estticas de los instrumentos de medicin: histresis

La histresisde un instrumento de medicin, es

la diferencia mxima entre los valores indicados,para un mismo valor de la seal medida, cuandose recorre la escala en ambos sentidos y enciclos consecutivos.



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Caractersticas estticas de los instrumentos de medicin: resolucin

La resolucinde un instrumento de medicin, es

el mnimo intervalo entre dos valoresadyacentes que pueden ser distinguidos el unodel otro.

Ej: la regla milimetrada que se muestra, tieneuna resolucin igual a 0.5 mm.



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y p

Caractersticas estticas de los instrumentos de medicin: linealidad

La linealidad de un instrumento

de medicin es la proximidadcon que la curva de respuesta(salida vs. entrada) se asemeja auna lnea recta.

Habitualmente, la linealidad se

expresa en trminos de nolinealidad, por cuanto, paradeterminarla se mide la mximadesviacin de la curva promediode calibracin con respecto auna lnea recta, la cual estrazada de acuerdo a tresmtodos diferentes: linealidadindependiente, linealidadterminal, y, linealidad basada encero.



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y p

Caractersticas estticas de los instrumentos de medicin: linealidad

Por el mtodo de la linealidad independiente, la lnea recta utilizada para

determinar la linealidad, es trazada de forma tal de minimizar la distanciapromedio con respecto a la curva de calibracin.

En la linealidad terminal, la lnea recta se traza entre los dos puntos extremos de lacurva de calibracin. La linealidad se calcula entonces como la mxima desviacinde la curva de calibracin con dicha lnea recta.

En la linealidad basada en cero, la lnea recta es trazada de modo que coincida conla curva de calibracin en el punto inferior de la escala, pero con la inclinacinadecuada para minimizar la mxima desviacin entre la curva de calibracin ydicha lnea recta.



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y p

Caractersticas estticas de los instrumentos de medicin: Deriva (drift) y estabilidad

La derivade un instrumento de medicin, es la mxima variacin experimentada a

la salida, durante un perodo de tiempo determinado, cuando la variable medidase mantiene en un valor constante durante ese perodo.

La deriva generalmente se expresa en funcin del span. La deriva tpicamente semanifiesta como un corrimiento constante de la salida en todo el rango demedicin (error de cero), por lo que este error puede ser corregido con

recalibracin del instrumento.

La estabilidad de un instrumento de medicin, se refiere a la mxima variacinexperimentada por alguna de las caractersticas del instrumento, con respecto auna variable externa que en trminos generales no puede ser controlada.



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Caractersticas estticas de los instrumentos de medicin: sensibilidad

La sensibilidadde un instrumento de medicin, es la relacin que existe entre la

variacin experimentada por la salida de un instrumento, y, la variacin de laseal medida causante del cambio.



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Caractersticas estticas de los instrumentos de medicin: otras

El error de calibracin del instrumento de medicin, es la inexactitud permitida

por el fabricante, que debe darse como especificacin del dispositivo.

La saturacin del instrumento de medicin, es el rea de valores de la variablemedida, donde el instrumento ha sobrepasado su capacidad mxima de operacin,por lo que se presenta un comportamiento distinto a la operacin normal, y, por lotanto, no confiable.

El ruidoen el instrumento de medicin esta representado por seales impuras queafectan el funcionamiento del mismo.

La temperatura de servicio del instrumento, representa la zona de temperatura enque el instrumento es confiable.

La vida til de servicio del instrumento, es el tiempo durante el cual se espera queel instrumento funcione de acuerdo con las especificaciones del fabricante.



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Caractersticas dinmicas de los instrumentos de medicin

Las caractersticas dinmicas de un instrumento de medicin, se refieren alcomportamiento de este, cuando la variable medida est cambiando en el tiempo.

Para la determinacin de las caractersticas dinmicas de un instrumento de medicin,tpicamente, se somete al mismo a una entrada tipo escaln, y, se analiza elcomportamiento de la salida, en el tiempo.



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Tiempo muerto es el tiempo transcurrido desde el inicio de un estmulo a la entrada

del instrumento, hasta que existe un cambio observable a la salida.

Tiempo de respuesta al escaln, es el tiempo transcurrido desde un cambio tipoescaln en la entrada, hasta que la salida alcanza un porcentaje especfico del valor enestado estacionario (90 99%).

Tiempo de establecimiento, es el tiempo transcurrido desde el inicio de un estmulotipo escaln en la entrada del instrumento, hasta que la seal de salida se inscribe enla banda de establecimiento, conformada por un error de 2% respecto al valoresperado.

Tiempo de elevacin, ante un cambio tipo escaln en la entrada, es le tiempo que laseal de salida tarda en pasar por dos lmites preestablecidos del valor final o de

estado estacionario



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Velocidad de respuesta, es la rapidez a la que el instrumento responde a cambios en la

cantidad medida. Usualmente, se determina sometiendo a la entrada a un cambio tipoescaln, y, midiendo el cambio a la salida experimentada durante el tiempo deelevacin, es decir:

Constante de tiempo, es el tiempo que tarda la salida del instrumento en alcanzar el63% del valor final esperado, ante un cambio tipo escaln en la entrada.


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PROCESOINDUSTRIAL

MATERIAPRIMA

PRODUCTOFINAL


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Cmo se representa un proceso

industrial?Se representa mediante un Diagrama de Tuberas e

Instrumentacin (DTI) o un DPI (Diagrama deproceso e Instrumentos) o P&ID (Piping andInstrumentation Diagram).

Es la base de cualquier diseo de procesos, semuestran recipientes, bombas y otros

componentes de un proceso.


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EVAPORADOR

DESTILACIN

NORMAS ISA


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NORMAS ISA


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L d I t t iNORMAS ISA


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Lneas de Instrumentacin

Conexin a proceso, o enlace mecnico oalimentacin de instrumentos.

Seal neumtica

Seal elctrica

Seal elctrica (alternativo)

Tubo capilar

Seal sonora o electromagntica guiada(incluye calor, radio, nuclear, luz)

Seal sonora o electromagntica no guiada

Conexin de software o datos

Conexin mecnica

Seal hidrulica

L d I t t iNORMAS ISA


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Lneas de Instrumentacin

PT

01PT-01 Seal elctrica

PT

01PT-01 Seal Neumtica

FIC

01

Seal de Software

PT

01 Seal Electromagntica

PT

01PT-01 Seal Hidrulica

PT-01

TIC

01

Designacin de instr mentos por crc losNORMAS ISA


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Designacin de instrumentos por crculos

Montado localmente (En contactocon la variable)

Detrs del panel (no accesible)

En tablero o panel

En tablero auxiliar

Instrumentos para dos variablesmedidas o instrumentos de unavariable con ms de una funcin.

EJEMPLOS


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T I

01

1ra Letra: Representa la variable operacional con la quetrabaja el instrumento.P= PresinT= TemperaturaL=NivelF= Caudal

2da Letra: Representa la funcin que ejecuta elinstrumento.I= IndicarT= TransmitirC= ControlarR= Registrar

Numeracin: Identifica el lazo de control a la cual estasociado el instrumento o su ubicacin en la planta.Permite diferenciar instrumentos iguales que cumplen lamisma funcin pero conectados y localizados en distintosequipos.

EJEMPLOS


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T I T

01

T= TemperaturaI = IndicadorT= Transmisor

01= Nro. de Instrumento

L= NivelI = Indicador

C= Controlador22= Nro. de Lazo de control

LIC

22

EJEMPLOS


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PDT01

Transmisor de Presin Diferencialen lazo de control nro. 1

FRC

12

Controlador Registrador de Caudalen lazo de control nro. 12

PIC

22

Controlador Indicador de Presinen lazo de control nro. 22

DT

01 Transmisor de Densidad nro. 1

TIC

22

Controlador Indicador de Temperatura

EJEMPLOS


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PIC

22

Los controladores van metidos en uncuadrado para indicar que este va a unasala do control o SCADA.

Esto van accesible normalmente aloperador indicador - controlador-registrador

Designacin de instrumentos de controlNORMAS ISA


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PLC

22

01

PLC

Designacin de instrumentos de control

Digital y/o Distribuida

Controlador Lgico Programable(PLC)

Sistema de Control Distribuido(DCS) (Algunos autores loconsideran como un PLC)

Salas de control: En estos espacios, se encuentran

ubicados los controladores electrnicos (PLC y/o DCS).Generalmente se encuentran alejados del procesoindustrial.

Smbolos de vlvulasNORMAS ISA


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Smbolos de vlvulas

Vlvula Manual

Vlvula de Control

Vlvula de Alivio o Seguridad

Vlvula falla abierta

Vlvula aire para cerrar

Vlvula falla cerrada

Vlvula aire para abrir

SIMBOLOS ESPECIALES

VALVULAS DE CONTROL


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VALVULAS DE CONTROL

SIMBOLOS ESPECIALES

VALVULAS DE CONTROL


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VALVULAS DE CONTROL

A continuacin se mencionan algunos de los

EQUIPOS INDUSTRIALES


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gprincipales equipos industriales que se encuentran

presente en la mayora de los procesos industriales:

Motobomba:Equipo conformado por laintegracin de un motor elctrico quegenera el movimiento para mover una

bomba, succionando un lquido a bajapresin para descargarlo a una presinmayor.

MotoCompresor: Equipo (integradocon motor elctrico o mecnico) quepermite el movimiento de un compresor,permitiendo succionar gas a baja presinpara descargarlo a una presin mayor.



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Intercambiador de calor: Equipo quepermite el contacto trmico de dosfluidos que no se mezclan en su interior,permitiendo que el fluido pierda calorque el fluido B ganar.

Separador Lquido-gas: Equipo querecibe los hidrocarburos y permite laseparacin entre los componentes que se

mantendrn en fase lquida y los queestarn en fase gaseosa.. El separadorliquido gas esta conformado por dos

vlvulas de control y una de seguridad

Intercambiador de calor


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Separador bifsico vertical


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Separador bifsico horizontal


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Separador Trifsico:Equipo que recibe


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p q p q

un producto y permite que en su interiorse separen los componentes que estarnen fase gaseosa, lquida y de agua.Ejemplo: Hidrocarburo que ha pasadopor un condensador.

Horno Vertical: Equipo que permitecalentar un producto. Dispone detuberas internas, quemadores en dondese forma y controla la llama que genera elcalor. Dispone de una lnea de

combustible para la llama piloto, ascomo de una lnea de combustible dondese regula el gas que establece latemperatura de trabajo a travs de una

vlvula de control.


Torre de Destilacin: Recibe un


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producto en fase lquida y permiteseparar los productos pesados por elfondo y los livianos por la parte superior.Tiene en su interior un conjunto debandejas a temperaturas especficas con

componentes en fase lquida y cmarasde gas entre las bandejas permitiendoque los diferentes componentes sequeden en cada etapa de las bandejas enla fase lquida o gaseosa que le

corresponda. Ejemplo. Torre dedestilacin de petrleo.

TORRE DE DESTILACIN


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Enfriador: Equipo que permite que en


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su interior circule un producto quepuede ser enfriado por corrientes de aire,o de aire y agua que chocan por susductos.

Tanques de Almacenamiento:Permiten contener materiales slidos,

lquidos y gaseosos, para ser procesadoso despachados.


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Standards

Certification

Education & Training

Publishing

Conferences & Exhibits

INSTRUMENTACIINSTRUMENTACI

NN

BBSICA DE PROCESOSSICA DE PROCESOSINDUSTRIALESINDUSTRIALES

CAPCAPTULO 2TULO 2

SIMBOLOGSIMBOLOGAA

M. en C. Armando Morales Snchez

23, 24 y 25 de mayo del 2007


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Los diagramas de tubera e instrumentacin(DTIs)


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82#

(DTI s)

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 instrumentacin

Diagramas 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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83#

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 para

desarrollar 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 en

procesos 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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85#

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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86#

( )


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87#

SIMBOLOGA

Contenido de la norma ANSI/ISAS5.1-1984


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88#

1. Propsito.

2. Alcance.3. Definiciones.4. Reglas de identificacin de instrumentos.

5. Tablas.6. Dibujos.


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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.


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Aplicacin a funciones de instrumentos y aclases de instrumentacin


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93#

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


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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).


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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 de

entrada -salida.


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Definiciones


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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#

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.


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Definiciones


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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 este

propsito.Modos de Control. Mtodo con el cual un controladorcontrarresta la desviacin de una seal de su punto deajuste.


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Definiciones


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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 la

conexin 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 dentrode 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


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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


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108#

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 deinstrumentacin 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


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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 comoresultado 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.


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Reglas para la identificacin deinstrumentos


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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


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Reglas para la identificacin deinstrumentos


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115#

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 paradescribir al instrumento.

g) Un instrumento multifuncional puede ser simbolizado por

ms de un instrumento.

Notas para la identificacin deinstrumentos


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116#

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 unosciloscopio.

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.



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117#

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 latemperatura, 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.


5.El empleo de la letra U como multivariable en lugar de


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118#

5.El empleo de la letra U como multivariable en lugar deuna 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.


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112/134

Ejercicio 1


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122#

Efectuar la identificacin funcional de los siguientesinstrumentos:

a) LICb) PYc) FV

d) FQIe) WTf) TE

g) AICh) SRi) TAHH

j) LSL

Ejercicio 2


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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 nmeros


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124#

Utilizar un nmero bsico si el proyecto es pequeo y no hay nmerosde 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:



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125#

p 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



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126#

FT-1, FIC-1, FV-1

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

*** NORMALMENTEMONTADOEN CAMPO

LOCALIZACINAUXILIAR

*** NORMALMENTE


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127#

NORMALMENTEACCESIBLE AL

OPERADOR

EN CAMPO NORMALMENTEACCESIBLE AL

OPERADOR

INSTRUMENTOSDISCRETOS

MONITOREO COMPARTIDO

CONTROL COMPARTIDO

FUNCINDE COMPUTO

CONTROL LGICOPROGRAMABLE

1 2 3

4 5 6

7 8 9

10 11 12

Smbolos de instrumentos

SUMINISTROSLI


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128#

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


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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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130#

(2) SEAL NO DEFINIDA

(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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131#

Accin del actuador a falla de energa


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132#

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

Ej l d


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133#

Ejemplos de

simbologa deelementos

primarios deflujo


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134#

Ejemplos derelevadoresde cmputo

Diagrama esquemtico


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135#


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Diagrama funcional de instrumentacin o delazo

Es un diagrama que muestra todos los dispositivos en unlazo especfico utilizando la simbologa que identifica las


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138#

lazo especfico utilizando la simbologa que identifica lasinterconexiones, 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

C t i

Tipos Neumtico

El t i

Diagrama funcional de instrumentacin o delazo


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139#

Construccin

Puesta en marcha

Operacin Mantenimiento

Modificaciones

Electrnico

Despelgados compartidos

Ejemplos de diagramas funcionales deinstrumentacin

CTB 1JB JB

rea de proceso en campo rea de cableado Gabinete Consola

Cable -4A

Setpoint


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140#

FIC301J100

J110

A8

A9

51

XJA

11

12

13

1

2

3

+

-

FE

301

FT

301

A8

A9UJA

14

15

6

7

+

-

FV301 FY

301

O S

AS 20 PSIG

CTB 1

CTB 2

Cable50-1-1

Cable

50-1-2

Cable-3B

PR-14

PR-15

PR-1

PR-2

Shield BendBack & Tape

Shield BendBack & Tape

30 404A


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Indice de instrumentos tpico


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142#


134/134

control i instrumentos de control - parte 1

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