Sistemas de medida

Clase 2Características dinámicas de los instrumentos

Representación de los procesos industrialesNormas

2

Características dinámicas

Rangeabilidad Velocidad de respuesta Constante de tiempo Amortiguamiento Respuesta en frecuencia Frecuencias de corte Desfasamiento ("phase shift") Frecuencia de resonancia

y(t)G(t)

(a)

(b)

x(t)

valorfinal

valorinicial

y(t)

error(t)

t

t

t

x(t)

Características dinámicas

Función de transferenciaSistemas causales

Error dinámico

x(t)

y(t)

(a) (b)

x(t)

y(t)

retraso VALOR“EXACTO”

VALOR“EXACTO”

t

t t

t

Características dinámicas

Sistemas causalesRetraso permanente

Efecto transitorio debido a un cambio súbito de la entrada

t

t

t

t

t

t

t

t

t t

f f

Características dinámicas

Función de transferenciaModelado teórico (leyes físicas, transformadas de Fourier y de Laplace)

Modelado empírico (identificación de sistemas)

(a)

x y

x

y

y

(b)

(c)

(d)

t

t

t

© ITES-Paraninfo

Factor de amortiguamiento, respuesta a escalón, tiempo de respuesta a escalón, tiempo de subida, tiempo de amortiguamiento, constante de tiempo frecuencia natural.

Características dinámicas

7

La diferencia entre comportamiento estático y comportamiento dinámico es que este último siempre depende del tiempo.

Sistemas de primer orden. Sistemas de segundo orden.

Características dinámicas

( ) 1t

Fx t X e

toleranciapermitida

por la precisión

t

ts

tr

x(t)

xF

0,9xF

0,1xF

© ITES-Paraninfo

Sistemas de primer orden

X(t)

t

(a) (c)

t

XF

(b)

t

X(t) X(t)

XF XF

toleranciapermitida

por la precisión

t

ts

tu

x(t)

xF

xmax

© ITES-Paraninfo

Sistemas de segundo orden

Sobreamortiguado Subamortiguado Amortiguamientocrítico

De acuerdo con la ley de Hooke, FK será directamente proporcional al desplazamiento y ; o sea:

Función de transferencia:

Diagrama de bloques

Sistema de orden cero

11

Sistema físico: dinamómetro

KF Ky1

( ) ( )Y s F sK

Sin cambiar las líneas generales del dispositivo, ahora las guías lubricadas que no presentaban fricción, manifiestan fricción viscosa

Función de transferencia:

Diagrama de bloques

12

Sistemas de primer orden

Función de transferencia:

Diagrama de bloques

Con una masa M en la punta libre del resorte, y reajustada la escala de manera que lea 0 cuando sólo actúa la fuerza de la gravedad, de la 2ª Ley de Newton:

13

Sistema de segundo orden

Diagrama de Bloques. Diagrama de Flujos (PFD, flowsheets 2D y 3D). Diagrama de Tuberías e Instrumentación (P&ID). Diagramas de Control. Planos de Equipos y la Planta (layout, vistas 2D y 3D). Maquetas de la Planta, Equipos y Proceso.

Normas

ISA S 5.1 – 1984 (R1992)

DIN 19227 – 1 (1977), 2 y 3 (1984), 4 (1985)

ISO 3511 – Partes 1, 2, 3 y 4; ISO 14617 (2002)

Representación de los procesos

14

Planta de limpieza de gases

15

Diagramas de proceso e instrumentos (P&ID)

16

17

Diagramas de proceso e instrumentos (P&ID)

18

Indicadores Transmisores Registradores Convertidores Controladores Actuadores Transductores

Conectados por líneas de transmisión

Neumáticas Eléctricas Digitales Binarias

Diagramas de proceso e instrumentos (P&ID)

Instrumentos

19

Código de identificación o etiqueta de instrumentos.

TRC 2A

Primeraletra

Letras sucesivas

Número del lazo

Sufijo (opcional)

Identificación funcional Identificación del lazo

Norma ANSI/ISA S5.1

TRC-2A

Diagramas de proceso e instrumentos (P&ID)

Ejemplo

20

Diagramas de proceso e instrumentos (P&ID)

Norma ANSI/ISA S5.1

21

Diagramas de proceso e instrumentos (P&ID)

Norma ANSI/ISA S5.1

22

1ª letra: Variable medida o relacionada2ª letra: puede cualificar a la primera

D diferencialF relaciónS seguridadQ integración

3ª y siguientes: Función del InstrumentoI indicadorR registro

C controlT transmisorV válvulaY cálculo

H altoL bajo

A análisisD densidadE voltajeF caudalI corrienteJ potencia

nivelLM humedad

presiónPS velocidadT temperaturaV viscosidad

PesoWposiciónZ

1ª letra

Diagramas de proceso e instrumentos (P&ID)Modo de empleo de P&IDs

Norma ANSI/ISA S5.1

23

Diagramas de proceso e instrumentos (P&ID)

Los sistemas de control de procesos se representan en los diagramas de proceso e instrumentos utilizando símbolos e íconos simples

Los P&ID permiten entender el funcionamiento integrado del proceso y del sistema de control

En la norma ISA se emplean líneas sólidas para representar las conexiones del proceso y líneas a trazo discontinuo con marcas para representar las comunicaciones entre los instrumentos

Norma ANSI/ISA S5.1

24

Diagramas de proceso e instrumentos (P&ID)

Conexión a proceso, o enlace mecánico o alimentación de instrumentos.Señal neumática

Señal eléctrica

Señal eléctrica (alternativa)

Tubo capilar

Señal sonora o electromagnética guiada (incluye calor, radio, nuclear, luz)Señal sonora o electromagnética no guiada

Señal de software o datos

Conexión mecánica

Señal hidráulica Norma ANSI/ISA S5.1

25

» Los instrumentos de los lazos de control se representan por un círculoen cuyo interior se colocan las letras que designan al instrumento.

» El bucle (lazo de control) al que pertenece se identifica por un número y el símbolo indica la localización física del instrumento

» La identificación del tipo de instrumento se realiza con dos o másletras:

• La primera indica el tipo de variable que se mide, se indica, setransmite o se controla. p.e. T indica temperatura.

• La segunda letra indica la función que realiza el instrumento en elbucle (control (C), indicación (I), registro (R), etc. Ejemplos:

» TC controlador de temperatura» FT transmisor de caudal (Flow transmitter)» PC controlador de Presión. (Pressure controller)» LR registrador de nivel (Level register)» TI indicador de temperatura (Temperature indicator)

Diagramas de proceso e instrumentos (P&ID)

Norma ANSI/ISA S5.1

26

Un diagrama de instrumentación

es una descripción

gráfica de un proceso que muestra una

vista general de los instrumentos empleados en un

formato estándar

Diagramas de proceso e instrumentos (P&ID)

Norma ANSI/ISA S5.1

27

PDT LRC PIC

TDT

DT

FY FFC ST

de presión

Cálculo de caudalControlador de

Relación de caudalTransmisor de

velocidadTransmisor diferencial

de temperatura

densidadde presiónTransmisor diferencial Controlador reg. Controlador indicador Transmisor de

de caudal

Diagramas de proceso e instrumentos (P&ID)

Ejemplos de P&ID

Norma ANSI/ISA S5.1

28

LRC

128

PT

014

Montaje en campo

o alimentación

Señal neumática

Conexión al proceso

Montaje en panel

Señal eléctrica

El número es el mismo en todos los instrumentos de un mismo bucle de regulación

Diagramas de proceso e instrumentos (P&ID)

Instrumentos análogos

Norma ANSI/ISA S5.1

29

LRC

128

PT

014

Normalmente no accesible al operario

Accesible al operario

• Comparte varias funciones:monitor, control, etc.

• Configurable por software• Acceso por red

• Controlador de DCS, reguladorpor microprocesador,...

Diagramas de proceso e instrumentos (P&ID)

Instrumentos digitales

Norma ANSI/ISA S5.1

30

LRC

128

• Indica computador distinto delcontrolador de un DCS

• Varias funciones: DDC,registro, alarmas, etc.

• Acceso por red

• Indica conexión software opor red digital

Diagramas de proceso e instrumentos (P&ID)

Instrumentos digitales

Norma ANSI/ISA S5.1

31

Control lógico o secuencial PLC o secuencias/ lógica de un DCS

Accesible al operario

No accesible al operario

Diagramas de proceso e instrumentos (P&ID)

Instrumentos digitales

Norma ANSI/ISA S5.1

EE 24VDC

WS 80 PSI

LV 1

LSH-1

LSL

LTI-1

PLACA DE ORIFICIO

FTI-1

TANQUE 2(METÁLICO)

TANQUE 1(ACRÍLICO)

LV 2

EE 220V - 1 FASE

EE 120 VAC

EE 120 VAC

EE 220V - 3 FASES

DRENAJEDRENAJE

EE 120 VAC

FY

4 – 20 mA.

4 - 20 mA.

VARIADOR DE FRECUENCIA

PLC

PC

FS

FS

FI

IP

AS 90PSI

4 - 20 mA.

0 – 10 VDC.

LG

LSH-2

LISHL

LTI-2

S

S

4 – 20 mA.

4 – 20 mA.

FVFE

FY

FTI-2 FCI

NOTA 1

32Norma ANSI/ISA S5.1

33Norma ANSI/ISA S5.1

34Norma ANSI/ISA S5.1

Otros Diagramas y Planos

•

•

•

•

•

Plano Layout

Plano Mecánico Planta

Plano Mecánico Elevación

Plano Eléctrico

Plano Isométrico

35

CÓDIGOS IP , IK

Definiciones

Envolvente: Es el elemento que proporciona la protección del material contra las influencias externas y en cualquier dirección, la protección contra los contactos directos.

Esta definición, que se ha extraído del Vocabulario Electrotécnico Internacional (VEI 826-03-12), necesita alguna aclaración antes de aplicarla para la explicación de los grados de protección.

Las envolventes proporcionan también la protección de las personas contra el acceso a partes peligrosas y la protección del material contra los efectos nocivos de los impactos mecánicos. Se considerará parte de dicha envolvente, todo accesorio o tapa que sea solidario con o forme parte de ella y que impida o limite la penetración de objetos en la envolvente, salvo que sea posible quitar las tapas sin la ayuda de una herramienta o llave.

36

Grado de protección: Es el nivel de protección proporcionado por una envolvente contra el acceso a las partes peligrosas, contra la penetración de cuerpos sólidos extraños, contra la penetración de agua o contra los impactos mecánicos exteriores, y que además se verifica mediante métodos de ensayo normalizados.

Existen dos tipos de grados de protección y cada uno de ellos, tiene un sistema de codificación diferente, el Código IP y el Código IK. Los tres primeros epígrafes anteriores estarían contemplados en el código IP y el último en el código IK.Estos códigos se encuentran descritos en una norma, en las que además se indican la forma de realizar los ensayos para su verificación: • Código IP: UNE 20324, que es equivalente a la norma europea EN

60529. (CEI 70-1 - IEC 529 - IEC 144 - UTE C 20-010 - DIN 0050 Standards)

• Código IK: UNE-EN 50102

37

CÓDIGOS IP , IK

38

CÓDIGOS IP

39

CÓDIGOS IP

40

CÓDIGOS IP

41

CÓDIGOS IP

IP

42

CÓDIGOS IK

43

CÓDIGOS NEMA

NEMA

44

IEC vs NEMA

•Creus Sole, Antonio. “Instrumentación Industrial”. 8ª Edición. ALFAOMEGA. México, 2010. Pág. 1 – 59

•Bentley, John. “Sistemas de Medición. Principios y Aplicaciones”. CECSA

•Navarro, Héctor. “Instrumentación Electrónica Moderna”. Editorial Innovación Tecnológica-Facultad de Ingeniería Universidad Central de Venezuela. Caracas Venezuela. 1995. Pag. 285.

•Pallas Areny, Ramón. “Sensores y Acondicionadores de Señal”. Editorial Marcombo, D.F. México. 2001 Pag. 480.

•Pérez García, Miguel, y otros. Instrumentación Electrónica. 2ª edición. THOMSON, Madrid, España. 2004

Bibliografía

•Hernández Cid, Juan Manuel. Notas de clase Instrumentación y Control. ITESO (autor corporativo). E-mail: j.hernandez@ieee.org

•Marga Marcos, Itziar Cabanes, Eva Portillo, 2006

•METRING C.A. Protección según IEC. Hoja de Información 10.65. www.metring.com•

Bibliografía

TC

Cooling Coils

MonomerFeed

Cooling Water to Sewer

Cooling Water In

Thermocouple

48