instrumentación

SUBSECRETARÍA DE EDUCACIÓN SUPERIOR
DIRECCIÓN GENERAL DE EDUCACIÓN
SUPERIOR TECNOLÓGICA
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MAZATLÁN
DEPTO. DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA
MATERIA:
INSTRUMENTACIÓN
CATEDRÁTICO:
PROF. SERGIO SAÚL OSUNA PERAZA
INSTRUMENTACIÓN
UNIDAD I
INTRODUCCIÓN A LA INSTRUMENTACIÓN Y NORMAS
1.1.-INTRODUCCIÓN A LA INSTRUMENTACIÓN.
1.2.-DEFINICIONES Y CONCEPTOS
1.3.-SIMBOLOGIA, NORMAS Y SISTEMAS DE UNIDADES.
1.4.-NORMA SAMA.
1.5.-NORMA ISA.
UNIDAD II
TIPOS DE SENSORES.
2.1.- SENSORES DE PRESIÓN.
2.2.- SENSORES DE FLUJO.
2.3.- SENSORES DE TEMPERATURA.
2.4.- SENSORES DE NIVEL.
2.5.- SENSORES PARA OTRAS VARIABLES FISICAS:
PESO, VELOCIDAD, CONDUCTIVIDAD, LUZ, PH, Y OTROS.
2.6.- CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE UN SENSOR.
UNIDAD III
ACTUADORES FINALES DE CONTROL.
3.1.-TIPOS DE ACTUADORES: ELÉCTRICOS, NEUMÁTICOS E HIDRAULICOS.
3.2.-TIPOS DE VÁLVULAS DE CONTROL.
3.3.-TIPOS DE PISTONES.
3.4.- OTRO TIPOS DE ACTUADORES.
3.5.- CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE UN ACTUADOR.
UNIDAD IV
CONTROLADORES
4.1.-APLICACIONES DE SISTEMAS DE LAZO ABIERTO Y LAZO CERRADO.
4.2.-MODOS DE CONTROL APLICADOS EN INSTRUMENTACIÓN:
4.2.1.- ON-OFF.
4.2.2.- PROPORCIONAL.
4.2.3.-PROPORCIONAL + INTEGRAL.
4.2.4.- PROPORCIONAL + INTEGRAL + DERIVATIVO.
4.3.-CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE UN CONTROLADOR.
4.4.-SINTONIZACIÓN DE CONTROLES.
4.5.- APLICACIONES DE CONTROLADORES.
UNIDAD V
TÓPICOS DE CONTROL ASISTIDO POR COMPUTADORA
5.1.-ADQUISICIÓN DE DATOS.
5.2.-CONTROL SUPERVISORIO REMOTO.
5.3.- CONTROL DIGITAL DIRECTO.
5.4.-INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL.
5.5.- CONTROL DISTRIBUIDO
UNIDAD I
1.1.- INTRODUCCIÓN A LA INSTRUMENTACIÓN Y NORMAS.
Si analizamos nuestras actividades cotidianas, desde el momento que suena la alarma
de un despertador y nos preparamos para desarrollar nuestras actividades diarias, así
como encender un foco o escuchar el encendido o apagado del motor de la bomba,
etc., nos auxiliaremos de instrumentos que nos ayudan a desarrollar ciertas actividades
oportunamente con eficiencia, rapidez, etc.
Igual manera mecánicos, electricistas, médicos, ingenieros y arquitectos, se auxilian de
instrumentos para llevar a cabo sus actividades diarias, con el objetivo de lograr un
avance con la mayor eficiencia, calidad y volumen de producción.
Es lógico pensar que para las industrias, sin importar el tamaño de estas, es
imprescindible el uso de instrumentos industriales, para facilitar la manufactura de sus
productos.
Como consecuencia de la globalización de los mercados internacionales, se ha orillado
a los países del tercer mundo a competir en el mercado con productos de calidad,
precio y tiempos de entrega oportunos.
Para lograr lo anterior es importante, que los industriales de nuestro país, implementen
la instrumentación y la automatización de sus procesos con el avance tecnológico
requerido para mantenerse en el mercado nacional e internacional si es posible.
¿QUE
ES LA INSTRUMENTACION INDUSTRIAL?
Es el conocimiento de la correcta aplicación de los equipos encaminados para apoyar
al usuario en la medición, regulación, observación, transformación, ofrecer seguridad,
etc., de una variable dada en un proceso productivo.
Los instrumentos industriales pueden realizar las siguientes funciones:
1. Sensar o captar una variable
7.
Registrar una variable
2. Acondicionar una variable dada
8.
Convertir una variable
3. Transmitir una variable
9.
Alarmar por magnitud una variable
4. Controlar una variable
10. Interrumpir o permitir una secuencia dada
5. Indicar la magnitud de una variable
11. Transmitir una señal
6. Totalizar una variable
12. Amplificar una señal
13. Manipular una variable del proceso, etc.
1.2.- DEFINICIONES Y CONCEPTOS.
Los procesos industriales exigen el control de la fabricación de los diversos productos
obtenidos. Los procesos son muy variados y abarcan muchos tipos de productos: la
fabricación de los productos derivados del petróleo, de los productos alimenticios, de la
industria cerámica, de las centrales generadores de energía, de la siderurgia, de los
tratamientos térmicos, de la industria papelera, de la industria textil, etc.
En todos estos procesos es absolutamente necesario controlar y mantener constantes
algunas magnitudes, tales como la presión, el caudal, el nivel, la temperatura, el pH, la
conductividad, la velocidad, la humedad, el punto de rocío, etcétera. Los instrumentos
de medición y control permiten el mantenimiento y la regulación de estas constantes en
condiciones más idóneas que las que el propio operador podría realizar.
En los inicios de la era industrial, la operatoria de los procesos se llevaba a cabo con
un control manual de estas variables utilizando sólo instrumentos simples,
manómetros, termómetros, válvulas manuales, etc., control que era suficiente por la
relativa simplicidad de los procesos. Sin embargo, la gradual complejidad con que
éstos se han ido desarrollando ha exigido su automatización progresiva por medio de
los instrumentos de medición y control. Estos instrumentos han ido liberando al
personal de campo de su función de actuación física directa en la planta y al mismo
tiempo, le han permitido una labor única de supervisión y de vigilancia del proceso
desde centros de control situados en el propio proceso o bien en salas aisladas
separadas; asimismo, gracias a los instrumentos ha sido posible fabricar productos
complejos en condiciones estables de calidad y de características, condiciones que al
operario le serían imposibles o muy difíciles de conseguir, realizando exclusivamente
un control manual.
Los procesos industriales a controlar pueden dividirse ampliamente en dos
categorías: procesos continuos y procesos discontinuos. En ambos tipos, deben
mantenerse en general las variables (presión, caudal, nivel, temperatura, etc.), bien en
un valor deseado fijo, bien en un valor variable con el tiempo de acuerdo con una
relación predeterminada, o bien guardando una relación determinada con otra variable.
El sistema de control que permite este mantenimiento de las variables puede definirse
como aquel que compara el valor de la variable o condición a controlar con un valor
deseado y toma una acción de corrección de acuerdo con la desviación existente sin
que el operario intervenga en absoluto.
Figura 1.2b.- Bucle cerrado de regulación
DEFINICIONES EN CONTROL
Los instrumentos de control empleados en las industrias de proceso tales como química,
petroquímica, alimenticia, metalúrgica, energética, textil, papel, etc., tienen su propia
terminología; los términos empleados definen las características propias de medida y de
control y las estáticas y dinámicas de los diversos instrumentos utilizados:
- Indicadores, registradores, controladores, transmisores y válvulas de control.
La terminología empleada se ha unificado con el fin de que los fabricantes, los usuarios y
los organismos o entidades que intervienen directa o indirectamente en el campo de la
instrumentación industrial empleen el mismo lenguaje. Las definiciones de los términos
empleados se relacionan con las sugerencias hechas por ANSI/ISA-S51.1-1979 (R 1993)
aprobadas el 26 de mayo de 1995.
Intervalo de medida (range)
Espectro o conjunto de valores de la variable medida que están comprendidos dentro de los
límites superior e inferior de la capacidad de medida, de recepción o de transmisión del
instrumento. Viene expresado estableciendo los dos valores extremos. Ejemplo: Un
manómetro de intervalo de medida 0-10 bar, un transmisor de presión electrónico de 0-25
bar con señal de salida 4-20 mA ó un instrumento de temperatura de 100-300 °C.
Alcance (span)
Es la diferencia algebraica entre los valores superior e inferior del campo de medida del
instrumento. En los ejemplos anteriores es de 10 bar para el manómetro, de 25 bar
para el transmisor de presión y de 200 °C para el instrumento de temperatura.
Error
El error de la medida es la desviación que presentan las medidas prácticas de una
variable de proceso con relación a las medidas teóricas o ideales, como resultado de
las imperfecciones de los aparatos y de las variables parásitas que afectan al proceso.
Es decir:
Error = Valor leído en el instrumento - Valor ideal de la variable medida
El error absoluto es:
Error absoluto — Valor leído ~ Valor verdadero
El error relativo representa la calidad de la medida y es:
Error absoluto
Error relativo=
Valor verdadero
Si el proceso está en condiciones de régimen permanente existe el llamado error
estático. En condiciones dinámicas el error varía considerablemente debido a que los
instrumentos tienen características comunes a los sistemas físicos: absorben energía
del proceso y esta transferencia requiere cierto tiempo para ser transmitida, lo cual da
lugar a retardos en la lectura del aparato. Siempre que las condiciones sean dinámicas,
existirá en mayor o menor grado el llamado error dinámico (diferencia entre el valor
instantáneo y el indicado por el instrumento): su valor depende del tipo de fluido del
proceso, de su velocidad, del elemento primario (termopar, bulbo y capilar), de los
medios de protección (vaina), etc. El error medio del instrumento es la media aritmética
de los errores en cada punto de la medida determinados para todos los valores
crecientes y decrecientes de la variable medida.
Cuando una medición se realiza con la participación de varios instrumentos, colocados
unos a continuación de otros, el valor final de la medición estará constituido por los
errores inherentes a cada uno de los instrumentos.
Exactitud (accuracy)
La exactitud, es la cualidad de un instrumento de medida por la que tiende a dar lecturas
próximas al verdadero valor de la magnitud medida.
En otras palabras, es el grado de conformidad de un valor indicado a un valor estándar
aceptado o valor ideal, considerando este valor ideal como si fuera el verdadero.
La exactitud (accuracy) define los límites de los errores cometidos cuando el instrumento
se emplea en condiciones normales de servicio durante un período de tiempo
determinado (normalmente 1 año). La exactitud se da en términos de inexactitud, es
decir, un instrumento de temperatura de 0-100 °C con temperatura del proceso de 100
°C y que marca 99,98 °C se aproxima al valor real en 0,02 °C, o sea tiene una
inexactitud de 0,02 °C. Hay varias formas para expresar la exactitud:
a) Tanto por ciento del alcance, campo de medida o range. Ejemplo: en el instrumento de
temperatura de la figura 1.3, para una lectura de 150 °C y una exactitud de ± 0,5 %, el
valor real de la temperatura estará comprendido entre 150 ± 0,5 X 200/100 = 150 ± 1, es
decir, entre 149 y 151°C;
Directamente, en unidades de la variable medida. Ejemplo: exactitud ± 1 °C;
Tanto por ciento de la lectura efectuada. Ejemplo: exactitud de ± 1 % de 150 °C, es decir, ±1,5
°C;
Tanto por ciento del valor máximo del campo de medida. Ejemplo: exactitud de ± 0,5 % de
300 °C = ± 1,5 °C;
Tanto por ciento de la longitud de la escala. Ejemplo: si la longitud de la escala del
instrumento de la figura 1.3 es de 150 mm, la exactitud de ± 0,5 % representará ± 0,75
mm en la escala.
La exactitud varía en cada punto del campo de medida, si bien el fabricante la especifica,
en todo el margen del instrumento, indicando a veces su valor en algunas zonas de la
escala. Por ejemplo: un manómetro puede tener una exactitud de ± 1 % en toda la escala
y de ± 0,5 % en la zona central. Cuando se desea obtener la máxima exactitud del
instrumento en un punto determinado de la escala, puede calibrarse únicamente para este
punto de trabajo, sin considerar los valores restantes del campo de medida.
Por ejemplo: un termómetro de 0-150 °C y de ± 1 % de exactitud situado en un baño de
temperatura constante a 80 °C, puede ser calibrado a este valor, de modo que su
exactitud en este punto de trabajo será la máxima que se pueda obtener con un
termómetro patrón. Es obvio que para los valores restantes, en particular los
correspondientes a los extremos de la escala, la exactitud se apartará de ± 1 %.
Hay que señalar que los valores de la exactitud de un instrumento se consideran en
general establecidos para el usuario, es decir, son los proporcionados por los fabricantes
de los instrumentos. Sin embargo, estos últimos suelen considerar también los valores de
calibración en fábrica y de inspección. Por ejemplo, un instrumento que en fábrica tiene una
exactitud de calibración de + 0,8 %, en inspección le corresponde + 0,9 % y la dada al
usuario es ± 1 %.
Con ello se pretende tener un margen de seguridad para compensar los efectos de las
diferencias de apreciación de las personas que efectúan la calibración, las diferentes
precisiones de los instrumentos de medida utilizados, las posibles alteraciones debidas al
desplazamiento del instrumento de un punto a otro, los efectos ambientales y de
envejecimiento, etc.
Precisión
La precisión es la cualidad de un instrumento por la que tiende a dar lecturas muy próximas
unas a otras, es decir, es el grado de dispersión de las mismas. Un instrumento puede
tener una pobre exactitud, pero una gran precisión. Por ejemplo, un manómetro de
intervalo de medida de 0 a 10 bar, puede tener un error de cero considerable marcando 2
bar sin presión en el proceso y diversas lecturas de 7,049, 7,05, 7,051, 7,052 efectuadas
a lo largo del tiempo y en las mismas condiciones de servicio, para una presión del
proceso de 5 bar. Tendrá un error práctico de 2 bar, pero los-valores leídos estarán muy
próximos entre sí con una muy pequeña dispersión máxima de 7,052 — 7,049 = 0,003, es
decir, el instrumento tendrá una gran precisión.
Por lo tanto, los instrumentos de medida estarán diseñados por los fabricantes para que
sean precisos, y como periódicamente se descalibran, deben reajustarse para que sean
exactos. A señalar que el término precisión es sinónimo de repetibilidad.
Zona muerta (dead zone o dead band)
La zona muerta (dead zone o dead band) es el campo de valores de la variable que no hace
variar la indicación o la señal de salida del instrumento, es decir, que no produce su
respuesta. Viene dada en tanto por ciento del alcance de la medida. Por ejemplo: en el
instrumento de la figura 1.3 es de ± 0,1 %, es decir: 0,1 x 200/100 = ± 0,2 °C.
Sensibilidad (sensitivity)
La sensibilidad (sensitivity) es la razón entre el incremento de la señal de salida o de la
lectura y el incremento de la variable que lo ocasiona, después de haberse alcanzado el
estado de reposo. Por ejemplo, si en un transmisor electrónico de
0-10 bar, la presión pasa de 5 a 5,5 bar y la señal de salida de 11,9 a 12,3 mA , la sensibilidad es
el cociente:
(12,3 -11,9)/ ((20-4)
________________ = ± 0,5 mA c.c/bar
(5,5 - 5) / 10
Viene dada en tanto por ciento del alcance de la medida. Si la sensibilidad del
instrumento de temperatura de la figura 1.3 es de + 0,05 %, su valor será de 0,05 x
200/100 = ± 0,1 °C/°C.
Hay que señalar que no debe confundirse la sensibilidad con el término de zona muerta;
son definiciones básicamente distintas que antes era fácil contundir cuando la definición
inicial de la sensibilidad era "valor mínimo en que se ha de modificar la variable para
apreciar un cambio medible en el índice o en la pluma de registro de los instrumentos.
Repetibilidad:
Es la capacidad de reproducción de las posiciones de la pluma o del indice, o de la
señal de salida del instrumento, al medir repetidamente valores idénticos de la variable
en las mismas condiciones de servicio y en el mismo sentido de variación, recorriendo
todo el campo. La repetibilidad es sinónimo de precisión. A mayor repetibilidad menor
dispersión de los valores de salida para un valor de la señal de entrada del proceso y,
por lo tanto, mayor precisión.
Histéresis (hysteresis)
La histéresis (hysteresis) es la diferencia máxima que se observa en los valores indicados por el
índice o la pluma del instrumento o la señal de salida para el mismo valor cualquiera del campo de
medida, cuando la variable recorre toda la escala en los dos sentidos, ascendente y
descendente.
Se expresa en tanto por ciento del alcance de la medida. Por ejemplo: si en un termómetro de 0-100
%, para el valor de la variable de 40 °C, la aguja marca 39,9 al subir la temperatura desde 0, e indica
40,1 al bajar la temperatura desde 100 °C, el valor de la histéresis es de:
40,1-39,9
—--------- . 100 = ± 0,2%
100-0
En la figura 1.3 c pueden verse las curvas de histéresis que están dibujadas exageradamente para
apreciar bien su forma. Hay que señalar que el término zona muerta está incluido dentro de la
histéresis.
OTROS TÉRMINOS
Empleados en las especificaciones de los instrumentos son los siguientes:
Campo de medida con elevación de cero
Es aquel campo de medida en el que el valor cero de la variable o señal medida es mayor
que el valor inferior del campo. Por ejemplo, -10 °C a 30 °C.
Campo de medida con supresión de cero
Es aquel campo de medida en el que el valor cero de la variable o señal medida es menor
que el valor inferior del campo. Por ejemplo, 20 °C a 60 °C.
Elevación de cero
Es la cantidad con que el valor cero de la variable supera el valor inferior del campo. Puede
expresarse en unidades de la variable medida o en % del alcance. Por ejemplo, 10 °C en el
campo —10 °C a 30 °C del instrumento, o sea: (10/40) X 100 = 25 %.
Supresión de cero
Es la cantidad con que el valor inferior del campo supera el valor cero de la variable.
Puede expresarse en unidades de la variable medida o en % del alcance. Por ejemplo, 20
°C en el campo 20 °C a 60 °C del instrumento, o sea (20/40) X 100 = 50 %.
Deriva
Es una variación en la señal de salida que se presenta en un período de tiempo
determinado mientras se mantienen constantes la variable medida y todas las condiciones
ambientales. Se suelen considerar la deriva de cero (variación en la señal de salida para el
valor cero de la medida atribuible a cualquier causa interna) y la deriva térmica de cero
(variación en la señal de salida a medida cero, debida a los efectos únicos de la
temperatura). La deriva está expresada usualmente en porcentaje de la señal de salida
de la escala total a la temperatura ambiente, por unidad, o por intervalo de variación de la
temperatura. Por ejemplo, la deriva térmica de cero de un instrumento en condiciones de
temperatura ambiente durante 1 mes fue de 0,2 % del alcance.
Fiabilidad {Reliability)
Medida de la probabilidad de que un instrumento continúe comportándose dentro de
límites especificados de error a lo largo de un tiempo determinado y bajo condiciones
especificadas.
Resolución
Magnitud de los cambios en escalón de la señal de salida (expresados en tanto por
ciento de la salida de toda la escala) al ir variando continuamente la medida en todo
el campo. Es también el grado con que el instrumento puede discriminar valores
equivalentes de una cantidad, o la menor diferencia de valor que el aparato puede
distinguir.
Resolución infinita
Capacidad de proporcionar una señal de salida progresiva y continua en todo el campo
de trabajo del instrumento.
Trazabilidad (Traceability)
Propiedad del resultado de las mediciones efectuadas con un instrumento o con un
patrón, tal que puede relacionarse con patrones nacionales o internacionales,
mediante una cadena ininterrumpida de comparaciones, con todas las incertidumbres
determinadas.
Ruido
Cualquier perturbación eléctrica o señal accidental no deseadas que modifica la
transmisión, indicación o registro de los datos deseados. Un caso especial es la
interferencia de radiotransmisores RFI (Radio Frequency Interferente). Puede
expresarse en unidades de la señal de salida o en tanto por ciento del alcance.
Linealidad
La aproximación de una curva de calibración a una línea recta especificada.
Linealidad basada en puntos
Falta de linealidad expresada en forma de desviación máxima con relación a una línea
recta que pasa a través de los puntos dados correspondientes al cero y al 100 % de la
variable medida.
Temperatura de servicio
Campo de temperaturas en el cual se espera que trabaje el instrumento dentro de
límites de error especificados.
Vida útil de servicio
Tiempo mínimo especificado durante el cual se aplican las características de servicio
continuo e intermitente del instrumento sin que se presenten cambios en su
comportamiento más allá de tolerancias especificadas.
Reproductibilidad (Reproducibility)
Capacidad de reproducción de un instrumento de las medidas repetitivas de la lectura o
señal de salida para el mismo valor de la variable medida alcanzado en ambos
sentidos, en las mismas condiciones de servicio y a lo largo de un período de tiempo
determinado. Por ejemplo, un valor representativo sería ± 0,2 % del alcance de la lectura o
señal de salida a lo largo de un período de 30 días.
Respuesta frecuenciál
Variación con la frecuencia de la relación de amplitudes señal de salida/variable medida
(y de la diferencia de fases entre la salida y la variable medida) para una medida de
variación senoidal aplicada a un instrumento dentro de un campo establecido de
frecuencias de la variable medida. Se especifica usual-mente corno "dentro de ± ... %
de ... a ... Hz".
Accesible
Este término se aplica a un dispositivo o función que puede
ser usado o visto por un operador con el propósito de
controlar el desempeño de las acciones de control; como
ejemplo: cambios en el set-point, transferencia auto-manual
o acciones de encendido y apagado.
Alarma
Es un dispositivo o función que detecta la presencia de una
condición anormal por medio de una señal audible o un
cambio visible discreto, o puede tratarse de ambas señales
al mismo tiempo, las cuales tienen el fin de atraer la
atención.
Asignable
Este termino se aplica a una característica que permite el
cambio (o dirección) de una señal de un dispositivo a otro
sin la necesidad de la activación de un switch o algún otro
elemento.
Estación auto-manual
Término empleado como sinónimo de estación de control.
Balón
Se emplea como sinónimo de burbuja.
Detrás del panel
Este término se refiere a la posición de un instrumento, el
cual ha sido montado en un panel de control, pero no es
normalmente accesible al operador.
Binario
Término aplicado a una señal o dispositivo que tiene solo
dos posiciones o estados discretos. Cuando es usado en su
forma más simple, como en “señal binaria” (lo que es
opuesto a señal analógica), el término denota un estado de
“encendido-apagado” o de “alto-bajo”.
Board
Término en inglés el cual se interpreta como sinónimo de
panel.
Burbuja
Símbolo circular usado para denotar e identificar el
propósito de un instrumento o función. Puede contener una
etiqueta con un número. Es también un sinónimo de balón.
Dispositivo
computable
cómputo
Configurable
o
Dispositivo o función que emplea uno o más cálculos u
de operaciones lógicas, o ambas, y transmite uno o más
resultados a las señales de salida.
Término aplicado a un dispositivo o sistema cuyas
características funcionales pueden ser seleccionadas a
través de un programa o de otros métodos.
Controlador
Dispositivo con una salida que variá para regular una
variable de control de una manera específica. Un
controlador manual varía su salida automáticamente en
respuesta a una entrada directa o indirecta de un proceso
variable. Un controlador manual es una estación manual de
carga y su salida no depende de una medida de un proceso
variable pero puede variarse solamente por medio de un
procedimiento manual.
Estación de control
Una estación de carga manual que también proporciona un
control en el cambio de manual a automático de los modos
de control dentro de lazo de control, a ésta también se le
conoce como estación auto-manual.
Válvula de control
Es un dispositivo, el más comúnmente usado, que actúa
manualmente o por sí mismo, que directamente manipula el
flujo de uno o más procesos.
Convertidor
Es un dispositivo que recibe información en determinada
manera de un instrumento y transmite una señal de salida
en otra forma.
Un convertidor es también conocido como transductor, de
cualquier forma, transductor es un término general, y su
uso para conversión de señales no es recomendado.
Término aplicado a una señal o dispositivo que usa dígitos
binarios para representar valores continuos o estados
discretos.
Digital
Sistemas de
distribuidos
Elemento
control
control Sistema el cual, mientras es funcionalmente integrado,
consiste de subsistemas los cuales pueden ser físicamente
separados y colocarse de una forma remota unos de otros.
final
de Dispositivo que controla directamente los valores de la
variable manipulada en un lazo de control. Generalmente
el elemento final de control es una válvula de control.
Función
Propósito que debe cumplir un dispositivo de control.
Identificación
Secuencia de letras o dígitos, o ambos, usados para
señalar un instrumento en particular o un lazo.
Instrumentación
Colección de instrumentos o sus aplicaciones con el fin de
observar mediciones, control, o cualquier combinación de
estos.
Local
Es la localización de un instrumento que no esta ni dentro
ni sobre un panel o consola, ni esta montado en un cuarto
de control. Los instrumentos locales están comúnmente en
el ámbito de un elemento primario o un elemento de
control, la palabra “campo” es un sinónimo muy usado con
local.
Panel local
Que no esta en un panel central, los paneles locales están
comúnmente en el ámbito de subsistemas de plantas o
sub-áreas. El término instrumento local de panel no puede
ser confundido con instrumento local.
Lazo
Combinación de uno o más instrumentos o funciones de
control que señalan el paso de uno a otro con el propósito
de medir y/o controlar las variables de un proceso.
Estación
carga
manual
de Dispositivo o función que tiene un ajuste de salida manual
que es usado con un actuador o como más dispositivos. La
estación no proporciona un cambio entre un modo de
control automático o manual de un lazo de control. La
estación puede tener indicadores integrados, luces u otras
características.
Esto es normalmente conocido como
estación manual o cargador manual.
Medida
Determinación de la existencia o magnitud de una variable.
Monitor
Término general para un instrumento o sistema de
instrumentos usados para la medición
o conocer la
magnitud de una o más variables con el propósito de
emplear la información en determinado momento. El
término monitor no es muy específico, algunas veces
significa analizador, indicador, o alarma.
Luz del monitor
Sinónimo de luz piloto.
Panel
Estructura que tiene un grupo de instrumentos montados
sobre ella. El panel puede consistir de una o varias
secciones, cubículos, consolas o escritorios.
Montado en panel
Término aplicado a un instrumento que esta montado sobre
un panel o consola y es accesible para un operador en uso
normal.
Luz piloto
Es una luz que indica cual número o condiciones normales
de un sistema o dispositivo existe. Una luz piloto es
también conocida como una luz monitor o de monitor.
Elemento primario
Sinónimo de sensor.
Proceso
Es cualquier operación o secuencia de operaciones que
involucren un cambio de energía, estado, composición,
dimensión, u otras propiedades que pueden referirse a un
dato.
Variable de proceso
Cualquier propiedad variable de un proceso. El término
variable de proceso es usado en como un standard para la
aplicación a todas las variables.
Programa
Secuencia respetable de acciones que definen el nivel de
las salidas como una compostura de las relaciones al
establecimiento de las entradas.
Controlador
programable
lógico Un controlador, usualmente con entradas y salidas
múltiples que contiene un programa alterable, es llamado
de esta manera o comúnmente conocida como PLC.
Relay
Dispositivo cuya función es pasar información sin alterarla o
solo modificarla en determinada forma. Relay es
comúnmente usado para referirse a dispositivos de
cómputo.
Sensor
Parte de un lazo o un instrumento que primero detecta el
valor de una variable de proceso y que asume una
correspondencia, predeterminación, y estado inteligible o
salida. El sensor puede ser integrado o separado de un
elemento funcional o de un lazo. Al sensor también se le
conoce como detector o elemento primario.
Set point
El set point o punto de referencia puede ser establecido
manualmente, automáticamente o programado. Su valor se
expresa en las mismas unidades que la variable controlada.
Switch
Dispositivo que conecta, desconecta, selecciona, o
transfiere uno o más circuitos y no esta diseñado como un
controlador, un relay o una válvula de control.
Punto de prueba
Proceso de una conexión el cual no esta permanentemente
conectado, su conexión es solamente temporal o
intermitente a un instrumento.
Transductor
Término general para un dispositivo que recibe información
en forma de uno o más cuantificadores físicos,
modificadores de información y/o su forma si requiere, y
produce una señal de salida resultante. Dependiendo de la
aplicación un transductor puede ser un elemento primario,
un transmisor un relay, un convertidor u otro dispositivo.
Porque el término transductor no es específico, su uso para
aplicaciones específicas no es recomendado.
Transmisor
Dispositivo que detecta la variable de un proceso a través
de un sensor y tiene una salida la cual varía su valor
solamente como una función predeterminada de la variable
del proceso. El sensor puede estar o no integrado al
transmisor.
RESUMEN
INSTRUMENTACION INDUSTRIAL - DEFINICIÓN DE INSTRUMENTACIÓN
Instrumentación: es el grupo de elementos que sirven para medir, controlar o registrar
variables de un proceso con el fin de optimizar los recursos utilizados en éste.
El instrumento más conocido y utilizado es el reloj, el cuál nos sirve para controlar el
uso eficaz de nuestro tiempo.
En otras palabras, la instrumentación es la ventana a la realidad de lo que esta
sucediendo en determinado proceso, lo cual servirá para determinar si el mismo va
encaminado hacia donde deseamos, y de no ser así, podremos usar la instrumentación
para actuar sobre algunos parámetros del sistema y proceder de forma correctiva.
La instrumentación es lo que ha permitido el gran avance tecnológico de la ciencia
actual en casos tales como: los viajes espaciales, la automatización de los procesos
industriales y mucho otros de los aspectos de nuestro mundo moderno; ya que la
automatización es solo posible a través de elementos que puedan sensar lo que
sucede en el ambiente, para luego tomar una acción de control pre-programada que
actué sobre el sistema para obtener el resultado previsto.
CARACTERÍSTICA DE LOS INSTRUMENTOS
De acuerdo con las normas SAMA (Scientific Apparatus Makers Association), PMC20,
las características de mayor importancia, para los instrumentos son:
CAMPO DE MEDIDA O RANGO (RANGE)
Es el conjunto de valores dentro de los límites superior e inferior de medida, en los
cuales el instrumento es capaz de trabajar en forma confiable. Por ejemplo, un
termómetro de mercurio con rango de 0 a 50 grados celsius
ALCANCE (SPAN)
Es la diferencia entre el valor superior e inferior del campo de medida. Para el caso del
termómetro del ejemplo, el SPAN será de 50 grados celsius.
ERROR
Es la diferencia que existiría entre el valor que el instrumento indique que tenga la
variable de proceso y el valor que realmente tenga esta variable en ese momento.
PRECISIÓN
Esto es la tolerancia mínima de medida que permitirá indicar, registrar o controlar el
instrumento. En otras palabras, es la mínima división de escala de un instrumento
indicador. Generalmente esta se expresa en porcentaje (%) del SPAN.
ZONA MUERTA (DEAD BAND)
Es el máximo campo de variación de la variable en el proceso real, para el cual el
instrumento no registra ninguna variación en su indicación, registro o control.
SENSIBILIDAD
Es la relación entre la variación de la lectura del instrumento y el cambio en el proceso
que causa este efecto.
REPETIBILIDAD
Es la capacidad de un instrumento de repetir el valor de una medición, de un mismo
valor de la variable real en una única dirección de medición.
HISTERESIS
Similar a la repetibilidad, pero en este caso el proceso de medición se efectuara en
ambas direcciones
CAMPO DE MEDIDA CON SUPRESIÓN DE CERO
Es aquel rango de un instrumento cuyo valor mínimo se encuentra por encima del cero
real de la variable
CAMPO DE MEDIDA CON ELEVACIÓN DE CERO
Es aquel rango de un instrumento cuyo valor mínimo se encuentra por debajo de cero
de las variables
CAMPO DE MEDIDA CON ELEVACIÓN DE CERO
Es aquel rango de un instrumento cuyo valor mínimo se encuentra por debajo de cero
de las variables
CLASIFICACIÓN DE LOS INSTRUMENTOS
Existen dos formas de clasificar los instrumentos las cuales son:
a.- De acuerdo a su función en el proceso.
b.- De acuerdo a la variable de proceso que miden.
Este modo de clasificarlos no es necesariamente el único, pero se considera bastante
completo.
º De acuerdo a su función estos serán:
•
•
•
•
•
•
Instrumentos indicadores: son aquellos que como su nombre bien dice, indican
directamente el valor de la variable de proceso. Ejemplos: manómetros,
termómetros, etc.
Instrumentos ciegos: son los que cumplen una función reguladora en el proceso,
pero no muestran nada directamente. Ejemplos termostatos, presostatos, etc.
Instrumentos registradores: en algunos casos podrá ser necesario un registro
histórico de la variable que se estudia en un determinado proceso. en este caso,
se usaran instrumentos de este tipo. .
Elementos primarios: algunos elementos entran en contacto directo con el fluido
o variable de proceso que se desea medir, con el fin de recibir algún efecto de
este (absorben energía del proceso), y por este medio pueden evaluar la
variable en cuestión. (placa orificio)
Transmisores: estos elementos reciben la variable de proceso a través del
elemento primario, y la transmiten a algún lugar remoto. Estos transmiten las
variables de proceso en forma de señales proporcionales a esas variables.
Transductores: son instrumentos fuera de línea (no en contacto con el proceso),
que son capaces de realizar operaciones lógicas y/o matemáticas con señales
de uno o más transmisores.
•
•
•
•
•
Convertidores: en ciertos casos, la señal de un transmisor para ser compatible
con lo esperado por el receptor de esa señal, en ese caso se utilizara un
elemento convertidor para lograr la ante mencionada compatibilidad de señal
Receptores: son los instrumentos que generalmente son instalados en el panel
de control, como interfase entre el proceso y el hombre. Estos reciben las señal
de los transmisores o de un convertidor.
Controladores: este es uno de los elementos más importante, ya que será el
encargado de ejercer la función de comparar lo que esta sucediendo en el
proceso, con lo que realmente se desea que suceda en él, para posteriormente,
en base a la diferencia, envié una señal al proceso que tienda a corregir las
desviaciones.
Elemento final de control: será este elemento quien reciba la señal del
controlador y quien estando en contacto directo con el proceso en línea, ejerza
un cambio en este, de tal forma que se cambien los parámetros hacia el valor
deseado. Ejemplo: válvulas de control, compuertas, etc.
De acuerdo a la variable de proceso que miden: Esta clasificación, como su
nombre lo indica, se referirá a la variable de proceso que tratemos de medir. En
la actualidad, se pueden medir, casi sin excepción, todas las variables de
proceso existentes, sin embargo, algunas se medirán de forma directa y otras
indirectamente.
1.3.- SIMBOLOGIA, NORMAS Y SISTEMA DE UNIDADES.
En instrumentación y control, se emplea un sistema especial de símbolos con
el objeto de transmitir de una forma más fácil y específica la información. Esto
es indispensable en el diseño, selección, operación y mantenimiento de los
sistemas de control.
Un sistema de símbolos ha sido estandarizado por la ISA (Sociedad de
Instrumentistas de América). La siguiente información es de la norma:
ANSI/ISA-S5.1-1984(R 1992).
Las necesidades de varios usuarios para sus procesos son diferentes. La
norma reconoce estas necesidades, proporcionando métodos de simbolismo
alternativos. Se mantienen varios ejemplos agregando la información o
simplificando el simbolismo, según se desee.
Los símbolos de equipo en el proceso no son parte de esta norma, pero se
incluyen para ilustrar aplicaciones de símbolos de la instrumentación.
APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA.
La norma es conveniente para el uso en la química, petróleo, generación de
poder, aire acondicionado, refinando metales, y otros numerosos procesos
industriales.
Ciertos campos, como la astronomía, navegación, y medicina, usan
instrumentos muy especializados, diferentes a los instrumentos de procesos
industriales convencionales. Se espera que la norma sea flexible, lo bastante
para encontrarse muchas de las necesidades de campos especiales.
APLICACIÓN EN ACTIVIDADES DE TRABAJO.
La norma es conveniente para usar siempre cualquier referencia de un
instrumento o de una función de sistema de control se requiere para los
propósitos de simbolización e identificación. Pueden requerirse tales
referencias para los usos siguientes, así como otros:
Bocetos del plan
Ejemplos instrucción
Papeles técnicos, literatura y discusiones
Diagramas de sistemas de instrumentación, diagramas de vuelta,
diagramas lógicos
Descripciones funcionales
Diagramas de flujo: Procesos, Mecánicos, Ingeniería, Sistemas, que
Conduce por tuberías (el Proceso) e instrumentación
Dibujos de construcción
Especificaciones, órdenes de compra, manifiestos, y otras listas
Identificación (etiquetando) de instrumentos y funciones de control
Instalación, operación e instrucciones de mantenimiento, dibujos, y archivos
Se piensa que la norma proporciona la información suficiente para habilitar a
cualquiera de los documentos del proceso de medida y control (quién tiene una
cantidad razonable de conocimiento del proceso) para entender los medios de
medida y mando del proceso. El conocimiento detallado de un especialista en
la instrumentación no es un requisito previo a esta comprensión.
APLICACIÓN A CLASES DE INTRUMENTACIÓN Y FUNCIÓNES DE
INTRUMENTOS.
El simbolismo y métodos de identificación proporcionados en esta norma son
aplicables a todas las clases de medida del proceso e instrumentación de
control. Ellos no sólo son aplicables a la descripción discreta de instrumentos y
sus funciones, pero también para describir las funciones análogas de sistemas
que son "despliegue compartido," "control compartido", "control distribuido" y
"control por computadora".
Símbolos y Números de Instrumentación
La indicación de los símbolos de varios instrumentos o funciones han sido
aplicados en las típicas formas. El uso no implica que la designación o
aplicaciones de los instrumentos o funciones estén restringidas en ninguna
manera. Donde los símbolos alternativos son mostrados sin una preferencia, la
secuencia relativa de los números no implica una preferencia.
La burbuja puede ser usada para etiquetar símbolos distintivos, tal como
aquellos para válvulas de control. En estos casos la línea que esta conectando
a la burbuja con el símbolo del instrumento esta dibujado muy cerca de él, pero
no llega a tocarlo. En otras situaciones la burbuja sirve para representar las
propiedades del instrumento.
Un símbolo distintivo cuya relación con el lazo es simplemente aparentar que
un diagrama no necesita ser etiquetado individualmente. Por ejemplo una
placa con orificio o una válvula de control que es parte de un sistema más largo
no necesita ser mostrado con un número de etiqueta en un diagrama.
También, donde hay un elemento primario conectado a otro instrumento en un
diagrama, hace uso de un símbolo para representar que el elemento primario
en un diagrama puede ser opcional.
Los tamaños de las etiquetas de las burbujas y de los símbolos de los
misceláneos son los tamaños generalmente recomendados. Los tamaños
óptimos pueden variar dependiendo en donde o no es reducido el diagrama y
dependiendo el número de caracteres seleccionados apropiadamente
acompañados de otros símbolos de otros equipos en un diagrama.
Las líneas de señales pueden ser dibujadas en un diagrama enteramente o
dejando la parte apropiada de un símbolo en cualquier ángulo. La función de
los designadores de bloque y los números de las etiquetas podrían ser siempre
mostrados con una orientación horizontal. Flechas direccionales podrían ser
agregadas a las líneas de las señales cuando se necesite aclarar la dirección
del flujo para información. La aplicación de flechas direccionales facilita el
entendimiento de un sistema dado.
Eléctrico, neumático o cualquier otro suministro de energía para un instrumento
no se espera que sea mostrado, pero es esencial para el entendimiento de las
operaciones de los instrumentos en un lazo de control.
En general, una línea de una señal representara la interconexión entre dos
instrumentos en un diagrama de flujo siempre a través de ellos. Pueden ser
conectados físicamente por más de una línea.
La secuencia en cada uno de los instrumentos o funciones de un lazo están
conectados en un diagrama y pueden reflejar el funcionamiento lógico o
información acerca del flujo, algunos de estos arreglos no necesariamente
corresponderán a la secuencia de la señal de conexión. Un lazo electrónico
usando una señal analógica de voltaje requiere de un cableado paralelo,
mientras un lazo que usa señales de corriente analógica requiere de series de
interconexión. El diagrama en ambos casos podría ser dibujado a través de
todo el cableado, para mostrar la interrelación funcional claramente mientras se
mantiene la presentación independiente del tipo de instrumentación finalmente
instalado.
El grado de los detalles para ser aplicado a cada documento o sección del
mismo esta enteramente en la discreción del usuario de la conexión. Los
símbolos y designaciones en esta conexión pueden diseñarse para la
aplicación en un hardware o en una función en específico. Los sketches y
documentos técnicos usualmente contienen simbolismo simplificado e
identificación. Los diagramas de flujo de un proceso usualmente son menos
detallados que un diagrama de flujo de ingeniería. Los diagramas de
ingeniería pueden mostrar todos los componentes en línea, pero pueden diferir
de usuario a usuario en relación a los detalles mostrados. En ningún caso, la
consistencia puede ser establecida para una aplicación.
Los términos
simplificado, conceptual, y detallado aplicado a los diagramas donde se escoge
la representación a través de la sección de un uso típico. Cada usuario debe
establecer el grado de detalle de los propósitos del documento específico o del
documento generado.
Es común en la práctica para los diagramas de flujo de ingeniería omitir los
símbolos de interconexión y los componentes de hardware que son realmente
necesarios para un sistema de trabajo, particularmente cuando la simbolización
eléctrica interconecta sistemas.
Un globo o círculo simboliza a un instrumento aislado o instrumento discreto,
pare el caso donde el circulo esta dentro de un cuadrado, simboliza un
instrumento que comparte un display o un control. Los hexágonos se usan para
designar funciones de computadora. Para terminar el los controles lógicos
programables PLC's se simbolizan con un rombo dentro de un cuadrado.
Instrumento
Discreto
Display
Compartido,
Control
Compartido
Función de
computadora
Control Lógico
Programable
Tabla 1
Descripción de cómo los círculos indican la posición de los
instrumentos.
Los símbolos también indican la posición en que están montados los
instrumentos. Los símbolos con o sin líneas nos indican esta información. Las
líneas son variadas como son: una sola línea, doble línea o líneas punteadas.
Montado en
Tablero
Normalmente
accesible al
operador
Instrumento
Discreto o
Aislado
Display
compartido,
Control
compartido.
Función de
Computadora
Ubicación
Auxiliar.
Montado en
Campo
Normalmente
accesible al
operador.
Control Lógico
Programable
Tabla 2
Las líneas punteadas indican que el instrumento esta mondado en la parte
posterior del panel el cual no es accesible al operador.
Instrumento Discreto
Función de
Computadora
Control Lógico
Programable
Tabla 3
Numero de identificación de los instrumentos o números TAG
Cada instrumento o función para ser designada esta diseñada por un código
alfanumérico o etiquetas con números. La parte de identificación del lazo del
número de etiqueta generalmente es común a todos los instrumentos o
funciones del lazo. Un sufijo o prefijo puede ser agregado para completar la
identificación. A continuación se presenta la tabla 4.
NUMERO DE IDENTIFICACION TIPICO ( NUMERO TAG)
TIC
Identificación del instrumento o número de etiqueta
103
Identificación de lazo
T 103
Número de lazo
103
Identificación de funciones
TIC
Primera letra
T
Letras Sucesivas
IC
NUMERO DE IDENTIFICACION EXPANDIDO
10-PAH-5A
Número de etiqueta
Prefijo opcional
10
A
Sufijo opcional
Nota: Los guiones son optativos como separadores.
El número de lazo del instrumento puede incluir información codificada, tal
como la designación del área de la planta que lo designe. Esto también es
posible para series específicas de números para designar funciones
especiales.
Cada instrumento puede ser representado en diagramas por un símbolo. El
símbolo puede ser acompañado por un número de etiqueta.
IDENTIFICACIÓN FUNCIONAL.
La identificación funcional de un instrumento o su equivalente funcional
consiste de letras, las cuales incluyen una primera letra (designación de la
medida o variable inicial) y una o más letras sucesivas (identificación de
funciones).
La identificación funcional de un instrumento esta hecha de acuerdo a su
función y no a su construcción. Un registrador de diferencia de presión usado
para medir flujo se identifica como FR; un indicador de presión y un switch
actuado a presión conectado a la salida de un transmisor de nivel neumático
están identificados por LI y LS, respectivamente.
En un lazo de instrumentos, la primera letra de una identificación funcional es
seleccionada de acuerdo a la medida y a la variable inicial y no de acuerdo a la
variable manipulada. Una válvula de control varía el flujo de acuerdo a lo
dictaminado por un controlador de nivel, esto es una LV.
La sucesión de letras en la identificación funcional designa una o más
funciones pasivas y/o salidas de función. Una modificación de las letras puede
ser usada, si se requiere, en adición a una o más letras sucesivas. Por
ejemplo, TDAL contiene dos modificadores. La variable medida D cambia a
una nueva variable T, como diferencia de temperatura. La letra L restringe la
lectura de la función A, alarma, para representar solamente una alarma baja.
La secuencia de identificación de las letras llega a ser con una primera letra
seleccionada. Las letras de funciones pasivas o activas siguen cualquier
orden, y las letras de la salida funcional siguen a ésta en cualquier frecuencia,
excepto que la salida de la letra C (control) precede la salida de la letra V
(valve), por ejemplo: PCV (válvula controladora de presión).
Un dispositivo de función múltiple puede ser simbolizado en un diagrama por
muchas burbujas como haya variables medidas, salidas y/o funciones. Un
controlador de temperatura con un switch puede ser identificado por dos
burbujas una con la inscripción TIC-3 y una con la inscripción TSH-3. El
instrumento podría estar designado como TIC-3/TSH-3 para todos los usos y
sus referencias.
El número para las letras funcionales agrupadas en un instrumento pueden
mantenerse con un mínimo de acuerdo al ajuste del usuario. El número total
de letras contenidas en un grupo no pueden exceder de cuatro.
Identificación de instrumentos
IDENTIFICACIÓN DEL LAZO.
La identificación del lazo consiste en la primera letra y un número. Cada
instrumento en un lazo tiene asignado a él el mismo número de lazo y, en caso
de una numeración paralela, la misma primera letra.
Cada lazo de
instrumentos tiene un único número de identificación de lazo. Un instrumento
común a dos o más lazos podría cargar la identificación del lazo al cual se le
considere predominante.
La numeración de los lazos puede ser paralela o serial. La numeración
paralela involucra el inicio de una secuencia numérica para cada primera letra
nueva, por ejemplo: TIC-100, FRC-100, LIC-100, AL-100, etc. La numeración
serial involucra el uso de secuencias simples de números para proyectar
amplias secciones. Una secuencia de numeración de un lazo puede realizarse
con uno o cualquier otro número conveniente, tal como 001, 301 o 1201. El
número puede incorporarse al código de operación; de cualquier manera su
uso es recomendado.
Si un lazo dado tiene más de un instrumento con el mismo identificador
funcional, un sufijo puede ser añadido al número del lazo, por ejemplo: FV-2A,
FV-2B, FV-2C, etc., o TE-25-1, TE-25-2, etc. Esto puede ser más conveniente
o lógico en un instante dado para designar un par de transmisores de flujo, por
ejemplo, como FT-2 y FT-3 en vez de FT-2A y FT-2B. Los sufijos pueden ser
asignados de acuerdo a los siguientes puntos:
1)
Se pueden usar sufijos tales como A, B, C, etc.
2)
Para un instrumento tal como un multipunto que registra los números por
puntos de identificación, el elemento primario puede ser numerado TE-25-1,
TE-25-2, TE-25-3, etc., correspondiendo al punto de identificación del
número.
3)
Las subdivisiones de un lazo pueden ser designadas serialmente
alternadas con letras como sufijos y números.
Un instrumento que desempeña dos o más funciones puede ser designado por
todas sus funciones, por ejemplo un registrador de flujo FR-2 con una presión
PR-4 puede ser designada FR-2/PR-4. Y dos registradores de presión pueden
ser PR-7/8, y una ventana como anunciador común para alarmas de altas y
bajas temperaturas puede ser TAHL-21.
Los accesorios de instrumentación tales como medidores de presión, equipo de
aire, etc., que no están explícitamente mostrados en un diagrama, pero que
necesitan una designación para otros propósitos pueden ser etiquetados
individualmente de acuerdo a sus funciones y podría usarse la misma
identificación del lazo como estos sirven directamente al lazo. La aplicación de
una designación no implica que el accesorio deba ser mostrado en el diagrama.
Alternativamente los instrumentos pueden ser usados con el mismo número de
etiqueta con el cual ha sido asociado el instrumento, pero aclarando las
palabras agregadas.
Las reglas para la identificación del lazo no necesitan ser aplicados a los
instrumentos y accesorios. Un usuario u operador puede identificar a estos por
otros medios.
Nomenclatura de Instrumentos
La siguiente tabla muestra las diferentes letras que se utilizan para clasificar los
diferentes tipos de instrumentos.
1° Letra
Variable medida(3)
Letra de Modificación
2° Letra
Función de lectura
pasiva
A. Análisis (4)
Alarma
B. Llama (quemador)
Libre (1)
C. Conductividad
Función de Salida
Letra de Modificación
Libre (1)
Libre (1)
Control
D. Densidad o Peso
especifico
E. Tensión (Fem.)
Diferencial (3)
F. Caudal
Relación (3)
Elemento Primario
G. Calibre
Vidrio (8)
H. Manual
Alto (6)(13)(14)
I. Corriente Eléctrica
J. Potencia
Indicación o indicador
(9)
Exploración (6)
K. Tiempo
Estación de Control
L. Nivel
Luz Piloto (10)
Bajo (6)(13)(14)
N. Libre(1)
Libre
Medio o intermedio
(6)(13)
Libre
O. Libre(1)
Orificio
P. Presión o vacío
Punto de prueba
M. Humedad
Q. Cantidad
Integración (3)
R. Radiactividad
S. Velocidad o
frecuencia
T. Temperatura
U. Multivariable (5)
Registro
Seguridad (7)
Interruptor
Multifunción (11)
V. Viscosidad
Vaina
X. Sin clasificar (2)
Sin clasificar
Z. Posición
Transmisión o
transmisor
Multifunción (11)
Multifunción (11)
Válvula
W. Peso o Fuerza
Y. Libre(1)
Libre
Sin clasificar
Sin clasificar
Relé o compensador
(12)
Elemento final de
control sin clasificar
Sin clasificar
1. Para cubrir las designaciones no normalizadas que pueden emplearse
repetidamente en un proyecto se han previsto letras libres. Estas letras
pueden tener un significado como primera letra y otro como letra sucesiva.
Por ejemplo, la letra N puede representar como primera letra el 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 o un numero limitado de veces. Se
recomienda que su significado figura en el exterior del circulo de
identificación del instrumento. Ejemplo XR-3 Registrador de Vibración.
3. Cualquier letra primera se utiliza con las letras de modificación D
(diferencial), F (relación) o Q (interpretación) o cualquier combinación de las
mismas cambia su significado para representar una nueva variable medida.
Por ejemplo, los instrumentos TDI y TI miden dos variables distintas, la
temperatura diferencial y la temperatura, respectivamente.
4. La letra A para análisis, abarca todos los análisis no indicados en la tabla
anterior que no están cubiertos por una letra libre. Es conveniente definir el
tipo de análisis al lado del símbolo en el diagrama de proceso.
5.
El empleo de la letra U como multivariable en lugar de una combinación de
primera letra, es opcional.
6. El empleo de los términos de modificaciones alto, medio, bajo, medio o
intermedio y exploración, es preferible pero opcional.
7. El termino seguridad, debe aplicarse solo a elementos primarios y a
elementos finales de control que protejan contra condiciones de emergencia
(peligrosas para el equipo o el personal). Por este motivo, una válvula
autorreguladora de presión que regula la presión de salida de un sistema
mediante el alivio o escape de fluido al exterior, debe se PCV, pero si esta
misma válvula se emplea contra condiciones de emergencia, se designa
PSV. La designación PSV se aplica a todas las válvulas proyectadas para
proteger contra condiciones de emergencia de presión sin tener en cuenta
las características de la válvula y la forma de trabajo la colocan en la
categoría de válvula de seguridad, válvula de alivio o válvula de seguridad
de alivio.
8. La letra de función pasiva vidrio, se aplica a los instrumentos que
proporciona una visión directa no calibrada del proceso.
9. La letra indicación se refiere a la lectura de una medida real de proceso, No
se aplica a la escala de ajuste manual de la variable si no hay indicación de
ésta.
10. Una luz piloto que es parte de un bucle de control debe designarse por una
primera letra seguida de la letra sucesiva I. Por ejemplo, una luz piloto que
indica un periodo de tiempo terminado se designara KI. Sin embargo, si se
desea identificar una luz piloto fuera del bucle de control, la luz piloto puede
designarse en la misma forma o bien alternativamente por una letra única I.
Por ejemplo, una luz piloto de marcha de un motor eléctrico puede
identificarse. EL, suponiendo que la variable medida adecuada es la
tensión, o bien XL. Suponiendo que la luz es excitada por los contactos
eléctricos auxiliares del arrancador del motor, o bien simplemente L.
11. El empleo de la letra U como multifunción en lugar de una combinación de
otras letras es opcional.
12. Se supone que las funciones asociadas con el uso de la letra sucesiva Y se
definirán en el exterior del símbolo del instrumento cuando sea conveniente
hacerlo así.
13. Los términos alto, bajo y medio o intermedio deben corresponder a valores
de la variable medida, no a los de la señal a menos que se indique de otro
modo. Por ejemplo, una alarma de nivel alto derivada de una señal de un
transmisor de nivel de acción inversa debe designarse LAH incluso aunque
la alarma sea actuada cuando la señal cae a un valor bajo.
14. Los términos alto y bajo, cuando se aplican a válvulas, o a otros
dispositivos de cierre apertura, se definen como sigue:
Alto: indica que la válvula esta, o se aproxima a la posición de apertura
completa.
Bajo: Denota que se acerca o esta en la posición completamente cerrada.
Símbolos de Líneas
La sismología de líneas representa la información única y critica de los
diagramas de instrumentación y tuberías. Las líneas indican la forma en que se
interconectan los diferentes instrumentos así como las tuberías dentro de un
lazo de control.
Las líneas pueden indicar diferentes tipos de señales como son neumáticas,
eléctricas, ópticas, señales digitales, ondas de radio etc.
Conexión a proceso, enlace
mecánico, o alimentación de
instrumentos.
Señal indefinida
Señal Eléctrica
ó
E.U.
Internacional
Señal Hidráulica
Señal Neumática
Señal electromagnética o sónica
(guiada)
Señal electromagnética o sónica (no
guiada)
Señal neumática binaria
ó
Señal eléctrica binaria
Tubo capilar
Enlace de sistema interno (software o
enlace de información)
Enlace mecánico
Se sugieren las siguientes abreviaturas para representar el tipo de alimentación
(o bien de purga de fluidos):
AS
Alimentación de aire.
ES
Alimentación eléctrica.
GS
Alimentación de gas.
HS
Alimentación hidráulica.
NS
Alimentación de nitrógeno.
SS
Alimentación de vapor.
WS
Alimentación de agua.
Símbolos de Válvulas y Actuadores
VÁLVULAS
Símbolos para válvulas de control
Globo,
compuerasdata u
otra
Tres vías
Ángulo
Mariposa
Obturador rotativo
o válvula de bola
Globo
Diafragma
Cuatro vías
ACTUADORES
Símbolos para actuadores.
Diafragma con muelle, posicionador y
válvula piloto y válvula que presuriza el
diafragma al
Actuar.
Diafragma con muelle
Preferido
Opcional
Cilindro sin posicionador u otro piloto
MOTOR ROTATIVO
Simple acción
acción
Preferido para cualquier
cilindro
Doble
Electrohidráulico
Actuador manual
Para Válvula de alivio
Solenoide
o de seguridad
Acción del actuador en caso de fallo de aire (o de potencia)
Abre en fallo a vía A-C
Abre en fallo
Abre en fallo a vías A-C y
D-B
Cierra en fallo
Se bloquea en fallo
Posición indeterminada
en fallo
Diagramas de lazos de instrumentación
Los diagramas de instrumentación del proceso o diagramas de instrumentación
y tuberías (P&ID's) son una buena fuente de información incluyendo todas las
variables del proceso en el sistema como también la información de cada uno
de los instrumentos en los lazos.
Cuando se necesita una mas información especifica y detallada es necesario
utilizar otros tipos de diagramas como es un diagrama de lazo de
instrumentación. El diagrama de lazo nos permite una mejor comprensión de
cómo opera el lazo.
Esta información nos permite identificar las conexiones entre los dispositivos, la
acción de los componentes y las rutas de comunicación.
El contenido del diagrama de lazo esta compuesto por la representación de la
información del lazo de instrumentación. Este contiene toda la información de
las conexiones eléctricas y de tuberías asociadas. Todas las interconexiones
de punto a punto están identificados por medio de números o códigos de
colores para identificar los conductores, multitubos neumáticos, y los tubos
neumáticos e hidráulicos. Sumado a esto el diagrama nos puede indicar
información de gran ayuda para identificar información especial como
características especiales, funciones de apagado de seguridad y circuitos de
seguridad. Suministros de energía, fuentes de energía, suministro de aire,
suministro de fluido hidráulico, tensión, presión o cualquier parámetro aplicable.
Identificación del punto de ajuste (set-point) y del rango de
operación del instrumento.
Por medio del diagrama de lazo de instrumentación se puede identificar el
punto de ajuste y rango de operación de los instrumentos.
Para la información acerca del rango de operación del instrumento se localiza
dentro de un rectángulo horizontal cerca del instrumento, al que se esta
haciendo referencia, mientras que la información acerca del punto de ajuste o
set point se muestra en un rombo ubicado cerca del controlador.
Identificación e Interpretación del símbolo de acción de control.
Otra importante información en el saber como responden los instrumentos. La
acción de control es mostrada por medio de una flecha apuntando hacia a
arriba o hacia abajo. La flecha esta localizada cerca del símbolo del
instrumento o abajo del rectángulo que contiene la información sobre el rango
de operación del instrumento.
La flecha indicando hacia arriba indica que el al incrementarse el valor de la
señal de entrada aumenta el valor de la salida también aumenta. Cuando la
flecha apunta hacia abajo funciona de forma contraria, el valor de la salida
disminuye mientras el valor de entrada aumenta.
Lazos Electrónicos
Interpretación de los lazos electrónicos por medio de los
símbolos de instrumentación
Una de las ventajas de los diagramas de lazo es el poder hacer un seguimiento
lógico a través del lazo. Por lo regular el punto de inicio para leer un diagrama
es por el lado izquierdo, el propósito es poder encontrar el elemento primario.
Por ejemplo el siguiente ejemplo se refiere a un lazo diseñado para la medición
del flujo por medio de una placa de orificio.
El transmisor etiquetado como FT-101 sensa y mide la diferencia de presión
causada por la restricción de la placa de orificio. El transmisor también produce
una señal que representa esta caída, la cual es proporcional al flujo promedio.
Los puntos de conexión del transmisor son terminales eléctricas. Los signos
positivo y negativo indican la polaridad de las terminales. Este transmisor
transmite una señal de 4 a 20 mA. La flecha apuntando hacia arriba nos indica
que es un instrumento que actúa directamente. El ovalo alrededor de las líneas
de señal indica que esta blindada la señal para evitar interferencia eléctrica que
pueda ocasionar una lectura errónea en los indicadores.
La señal del transmisor pasa a trabes de 3 cajas de conexión. Estas están
ubicadas en el área del campo de proceso, en el área de campo de conexión y
en la sección del panel trasero.
Las cajas de conexión están mostradas en grupos de cuadros conectados
verticalmente, etiquetadas con JB y con un número de identificación en la parte
superior. EN este lazo las etiquetas de las cajas son JB300, JB400 y JB500.
Los números dentro de los cuadros corresponden a los puntos de conexión.
Las notas en el diagrama indican información específica el número de cable.
Por ejemplo el cable 10 entra en JB400 y el cable 30 sale desde JB400.
Utilizando la siguiente figura podemos observar que en el punto 22, el cable no.
1 va desde ese punto hasta el punto de conexión 8 el cual es mostrado en la
sección frontal del panel.
En el punto 1 y 2 se puede observar que existe un suministro de energía
eléctrica ES (electrical supply) y a su vez se indica la tensión y frecuencia del
suministro. Por ultimo observando el rectángulo podemos decir que el
controlador indicador de flujo FIC-101 convierte la señal eléctrica recibida a
galones por minuto.
Lazos Neumáticos
Los diagramas de lazo están organizados de tal forma que puedan ser leídos
indiferentemente de la fuente de suministro. Los diagramas lazos neumáticos
sin similares a los lazos electrónicos. La mayoría si no es que todos utilizan el
mismo tipo de simbología. A continuación se muestra un ejemplo.
Interpretación de los lazos neumáticos por medio de los
símbolos de instrumentación
La información general se presenta en el titulo del dibujo mientras que las
notas están en la parte inferior. Como en los lazos electrónicos, la información
se lee generalmente de izquierda a derecha.
En este caso el elemento primario del lazo es un orificio, este esta instalado en
una tubería de 1 1/2 de pulgada. La identificación así como el radio están
indicados en el dibujo. El material del proceso es agua. El transmisor,
etiquetado como FT-301 tiene dos terminales de conexión, etiquetadas como S
para suministro y O para el puerto de salida. El rango de operación del
instrumento es de 0 a 100" H2O, lo cual esta indicado en el rectángulo
horizontal cercano al instrumento. El suministro de aire es de 20 psig. La flecha
apuntando hacia arriba nos indica que es un transmisor que actúa
directamente, esto es, si aumenta la señal de salida, la señal de entrada
también aumenta.
La señal neumática del transmisor pasa a través de una caja de empalme que
esta montada en campo (JB 100), del punto 1 continua a la caja JB-200 que
esta situada en la parte posterior del panel. Cabe señalar que las cajas de
empalme o conexión para los lazos neumáticos son cuadrados unidos
verticalmente tales como los usados en los lazos electrónicos.
La notación de la línea de identificación adyacente al JB100, indica que la línea
es un tubo del no.28. Esta línea en particular es designada como 28-1, que
quiere decir que es el primer tubo de la línea 28. De JB200 va conectada a la
parte posterior del panel, los tubos están conectados a los cuadros
correspondientes al extractor etiquetado como FY-301. Este ultimo tiene un
suministro de aire.
De el extractor FY-301 la señal tiene dos ramificaciones, Es necesario seguir
estas dos hasta llegar a la señal de línea principal. La primer ramificación se
conecta a la entrada de un registrados etiquetado como FR-301. La segunda
se controla a la entrada de un controlador designado como FIC-301. Este tiene
un punto de ajuste de 80 gpm que es visto en el rombo cerca del controlador
mientras que la flecha apuntando hacia abajo indica que actúa inversamente.
En el rectángulo horizontal se muestra el rango de operación que es de 0 a 100
gpm. La salida del controlador es representada como 28-2. Los dos
instrumentos tanto el registrador como el controlador tienen un suministro de
aire de 20 psig.
Utilizando como referencia la figura inicial de los lazos neumáticos, se puede
observar que la salida del controlador va conectada al elemento final el cual es
una válvula actuador con diafragma. Cuando el elemento final recibe una señal
del controlador, la válvula ajusta el flujo para mantener el valor del punto de
ajuste.
1.4.- NORMA SAMA.
El método SAMA (Scientific, Aparatus Makers Association) de diagramas
funcionales que emplean para las funciones block y las designaciones de
funciones. Para ayudar en procesos industriales donde la simbología binaria es
extremadamente útil aparecen nuevos símbolos binarios en líneas.
Propósitos
El propósito de esta norma es establecer un medio uniforme de designación los
instrumentos y los sistemas de la instrumentación usados para la medición y
control.
Con este fin, el sistema de designación incluye los símbolos y presenta un
código de identificación.
Visión General
Generalidades
En todo proceso trabajan diferentes usuarios o especialidades. La
estandarización debe reconocer esta realidad y además ser consistente con los
objetivos del estándar, por lo tanto debe entregar métodos para una simbología
alternativa.
Se entregan una serie de ejemplos como información adicional
simplificaciones para una determinada simbología según se desee.
o
La simbología de los equipos de los procesos, no es el motivo de este apunte,
por lo tanto al incluirse se hará, en razón de ilustrar aplicaciones de símbolos,
de instrumentación.
Aplicaciones Industriales
La estandarización de la instrumentación es importante para diversas industrias
como:
Industria química

Industria Petrolera
Generación Eléctrica

Aire Acondicionado

Refinadoras de Metales
Otros procesos industriales.
Existen otros campos con instrumentos muy especializados y diferentes a la
industria convencional como:
Astronomía
Navegación
Medicina
Etc
Ningún esfuerzo especifico se ha hecho para establecer una norma que reúna
lo requerimientos de estas actividades, sin embargo se espera que la norma
sea lo suficientemente flexible como para abarcar áreas muy especializadas.
Aplicaciones en Procesos
El estándar es recomendable emplearlo cada vez que se requiera cualquier
referencia para un instrumento o para una función de control de un sistema con
los propósitos de identificación y simbolización
Esquemas diseño
Ejemplos para enseñanza
Fichas técnicas, literatura y discusiones
Diagramas en sistemas de instrumentación, diagramas lógicos, diagramas de
lazos en procesos.
Descripciones funcionales

Diagramas de flujo en: Procesos, Sistemas, Elementos mecánicos, tuberías de
procesos e instrumentación

Dibujos de Construcción

Especificaciones, ordenes de compra, manifiestos y otros listados
Identificación(etiquetado o marcas) de instrumentos y funciones de
control
Instrucciones de mantención, Operación, Instalación, Dibujos e
informes
El estándar pretende dar la suficiente información, que habilite a cualquiera
para revisar documento de representación, de medición y control de procesos
Para que entienda el significado y el control del proceso No se requiere un
conocimiento detallado de un especialista en instrumentación, como requisito
para su comprensión.
Aplicaciones a clases de Instrumentación y para funciones de
Instrumentos.
La simbología y las identificaciones entregadas en este estándar son aplicables
a toda clase de mediciones en instrumentación para control de procesos. Estas
se pueden emplear no solo para describir instrumentos discretos y sus
funciones si no que también funciones de sistemas análogos, donde aparecen
términos como “display compartido”, “control compartido”,” control distribuido”,
”control computarizado”.
1.5.- NORMA ISA
Los símbolos y diagramas son usados en el control de procesos para indicar la
aplicación en el proceso, el tipo de señales empleadas, la secuencia de
componentes interconectadas y de alguna manera, la instrumentación
empleada. La Sociedad de Instrumentistas de América (ISA por sus siglas en
ingles Instruments Society of America)
publica normas para símbolos, términos y diagramas que son generalmente
reconocidos en la industria. Este capitulo esta basado en esas normas y
ayudara a utilizar e interpretar los símbolos utilizados en el control de procesos.
Identificación del Instrumento
Los instrumentos son generalmente identificados por números en una etiqueta.
El número de la etiqueta identifica (1) la función en el proceso y (2) el lazo de
control en el cual está localizado. La figura 2–1 indica cómo las letras y los
números son seleccionados y agrupados para lograr una rápida identificación.
La función o variable de proceso puede ser fácilmente asociada con el tipo de
medición hecha en el proceso. Así, el FRC (Flow Recorder Controler por sus
siglas en ingles) mostrado en la figura. 2–1 identifica un controlador registrador
de flujo. Las letras del alfabeto son utilizadas para formar la combinación de
estos nombres.
Un sistema de identificación de instrumentos podría incluir los siguientes
componentes:
1. Etiqueta con números para definir la función en el proceso y la localización
del instrumento.
2. Símbolos para identificar las señales del control de procesos neumáticas,
hidráulicas, capilares, electrónicas, sónicas o radiactivas.
3. Símbolos para representar dispositivos de control primarios y finales que
gobiernan el flujo, nivel, presión y temperatura.