Conceptos Basicos Instrumentacion
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Unidad 1CONCEPTOS BASICOS
*Evolución de la Instrumentación.
*Simbología ISA*Variables Físicas
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I. Evolución de la Instrumentación
¿Para que sirve un Instrumento de control?
En todos estos procesos es absolutamentenecesario controlar y mantener constantesalgunas magnitudes, tales como la presión,el caudal, el nivel, la temperatura, la
velocidad, la humedad, etcétera.
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I. Evolución de la Instrumentación
¿Para que sirve un Instrumento decontrol?
Los instrumentos de medición ycontrol permiten el mantenimiento y laregulación de estas constantes encondiciones más idóneas que las queel propio operador podría realizar.
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Inicio de la era industrial
En los inicios de la era industrial:
1. El operario llevaba a cabo un control manualde estas variables
2. Utilizaban sólo instrumentos simples:manómetros, termómetros, válvulasmanuales, etc.,
3. Control que era suficiente por la relativasimplicidad de los procesos.
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El desarrollo se inició:
con los manómetros, termómetros y válvulas
manuales localmente montados. En esta fase eran necesarios muchos
operadores para observar los instrumentos ymaniobrar las válvulas.
Los procesos y los instrumentos eranproyectados empíricamente basándose en laintuición y en la experiencia acumulada y no
estaban centralizados para conseguir unamayor eficiencia en las funciones deloperador.
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¿Por que ya no se sigue controlando físicamente?
Sin embargo, la gradual complejidad con queéstos se han ido desarrollando ha exigido suautomatización progresiva por medio de los
instrumentos de medición y control. Estosinstrumentos han ido liberando al operario de sufunción de actuación física directa en la planta yal mismo tiempo, le han permitido una labor
única de supervisión y de vigilancia del procesodesde centros de control situados en el propioproceso.
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Los instrumentos de control fueron naciendo a
medida que las exigencias del proceso loimpusieron.
Las necesidades de la industria fueron (y sonactualmente) el motor que puso en marcha la
inventiva de los fabricantes o de los propiosusuarios para idear y llevar a cabo la fabricaciónde los instrumentos convenientes para losprocesos industriales.
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En esta etapa:
fue la centralización de las funciones de medida y decontrol más importantes, pertenecientes a una operacióndel proceso, en un panel localmente montado.
De este modo podía observarse y controlarse elfuncionamiento de cada elemento particular de lainstalación de una manera más coordinada y eficaz.
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Sin embargo, los procesos se hicieronmás complejos y críticos y llegó a hacerse
necesario que los operadores observaranel funcionamiento de varias unidades de lainstalación simultáneamente.
A medida que pasó el tiempo, estas salasde control se hicieron indebidamente
grandes, debido al crecimiento de los
procesos y al tamaño de los instrumentosconvencionales
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A principios de los años 50 aparecen losprimeros instrumentos electrónicos aválvulas. Más tarde se perfecciona la
unidad automático-manual neumática,
y aparecen paralelamente losinstrumentos electrónicos miniatura
alrededor de los años 1960.
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Algunos problemitas
Los complejos de múltiples procesosempezaron a utilizar salas de control separadasy la coordinación y la comunicación entre los
operadores en estas salas de controlcomenzaron a plantear algunos problemas.
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Hasta que salieron...
Desarrollaron los instrumentos miniatura de los dostipos:
1. neumáticos
2. electrónicos,
Los procesos se fueron haciendo poco a poco muchomás complejos y su optimización llegó a ser unanecesidad.
En esta etapa aparece los computadores.
El primer computador electrónico apareció hacia el año1946, se aplicaron principalmente en centrales térmicas,químicas y petroquímicas.
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Por ahí de los 70’s...
Aparece lo que conocemos controldistribuido
1. Coordina los diversos controladores
2. Establece un orden entre los mismos ylograr una versatilidad que permita elcambio fácil del tipo de control
3. Se obtiene la mayor economía posibleen el control de la planta.
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El control distribuido
La ventaja fundamental del control distribuido:
Es de mayor seguridad y economía de funcionamiento,al ser los lazos de control de cada microprocesador demenor longitud
Trabaja en el centro óptimo de las variables de procesocaptadas
El operador tiene acceso a todos los datos de loscontroladores (puntos de consigna, variables deproceso, señales de salida a válvulas, etc.)
Puede visualizarlos a través de pantallas de televisión,ya que se haya en contacto con los mismos a través dela vía de comunicaciones.
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Alrededor de los 80’s
En 1983 aparece el transmisor digital inteligentecon señal de salida analógica y se inicia eldesarrollo de las comunicaciones (field bus)entre los instrumentos del lazo de control
En 1986 aparece el primer transmisorenteramente digital con lo que aumentantodavía más las prestaciones, con la únicalimitación importante en la normalización de lascomunicaciones donde todavía no es posible elintercambio de instrumentos de diferentesmarcas.
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Los procesos industriales a controlar pueden dividirseampliamente 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 conuna relación predeterminada,
o bien guardando una relación determinada con otravariable.
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Sistemas de Control
El sistema de control :
Permite éste mantenimiento de lasvariables
Puede definirse como aquel que comparael valor de la variable o condición acontrolar con un valor deseado y toma una
acción de corrección de acuerdo con ladesviación existente sin que el operariointervenga en absoluto.
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Lazo Abierto y L. Cerrado
El sistema de control exige una comparación ydebe haber una corrección; se incluya unaunidad de medida, una unidad de control, un
elemento final de control y el propio proceso. Este conjunto de unidades forma un bucle o
lazo que recibe el nombre de bucle de control.
Existe dos tipo de bucle:
abierto
cerrado.
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II. Simbología ISA
Para designar y representar losinstrumentos de medición y control seemplean normas muy variadas que a
veces varían de industria en industria.
Una sociedad importante que ha dirigidosus esfuerzos en este sentido es la ISA
(Instrument Society of America)
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Resumen Norma ISA-S5.1
Generalidades
A) Cada instrumento debe identificarse con sistema deletras que lo clasifique funcionalmente.
B) El número de letras funcionales para un instrumentodebe ser mínimo, no excediendo de cuatro. FV-2A
Un instrumento que realiza dos o más funciones puedendesignarse por todas sus funciones. Por ejemplo, unregistrador de flujo con registro de presión: FR-2/PR-4f.
Los accesorios para el instrumentos tales como
rotámetros de purga, filtros, etc., que no esténrepresentados explícitamente el diagrama de flujo, peroque necesitan una identificación para otros usos debentenerla de acuerdo a su función y debe emplear el
mismo numero del lazo que el instrumento asociado.
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Simbología
Figuran a continuación los símbolos a emplearen los planos y dibujos de representación deinstrumentos en los procesos industriales.
Conexión a proceso o enlace mecánico, o
alimentación de instrumentos1. línea de proceso2. Señal neumática3. Señal eléctrica
4. Tubo capilar5. Señal hidráulica
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Simbología
Instrumentoubicado enel campo
Instrumento de dobleacción ubicado en elcampo
Instrumento
ubicado en eltablero principaldel cuarto decontrol
Instrumento de dobleacción ubicado en eltablero principal delcuarto de control
Instrumento
ubicado atrásdel tableroprincipal delcuarto de control
Instrumento de dobleacción ubicado atrás deltablero principal delcuarto de control
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Simbología
Instrumentoubicado enel tablerosecundariodel cuarto decontrol
Instrumentoubicado
atrás deltablerosecundariodel cuarto decontrol
Instrumento de dobleacción ubicado en eltablero secundario delcuarto de control
Instrumento de doble
acción ubicado atrásdel tablero secundariodel cuarto de control
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Líneas de conexión de losinstrumentos
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Elementos primarios para controlde temperatura
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Elementos primarios para mediciónde presión
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Elementos primarios de control denivel.
El t i i t l
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Elementos primarios para control
de flujo
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Elementos finales de control
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Símbolos diversos
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Dibujo típico de la localización deinstrumentos
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Tipos de Alimentación
Se sugieren las siguientes abreviaturas parerepresentar el tipo de alimentación (o bien depurga de fluidos)
AB 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
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Símbolos de instrumentos para unproceso simple
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Símbolos de visualización delcontrol distribuido/compartido
1.-Accesible normalmente aloperador-indicador/controlador/registradoro punto de alarma.
(1) Visualización compartida. (2) Visualización y control
compartidos. (3) Acceso limitado a la red de
comunicaciones. (4) Interfase del operador en la
red de comunicaciones.
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2.-Dispositivo de interfase auxiliardel operador.
(1) Montado en panel;carátula analógica; no estámontado normalmente en laconsola principal del operador.
(2) Controlador de reserva o
estación manual. (3) El acceso puede estar
limitado a la red decomunicaciones.
(4) Interfase del operador víala red de comunicaciones.
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3. No accesible normalmente aloperador.
(1) Controlador ciego compartido.
(2) Visualización compartida instaladaen campo.
(3) Cálculo, acondicionamiento deseñal en controlador compartido.
(4) Puede estar en la red decomunicaciones.
(5) Normalmente operación ciega
(6) Puede ser alterado por laconfiguración.
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Símbolos del ordenador
Normalmenteaccesible al operador-indicador/controlador/
registrador o punto dealarma. Utilizadousualmente paraindicar la pantalla de
vídeo.
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Normalmente no accesible aloperador.
Interfaseentrada/salida.
Cálculo
/acondicionamientode señal dentro de unordenador
Puede usarse como
un controlador ciegoo como módulo decálculo de software
Sí b l d l ló i
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Símbolos de control lógico ysecuencial
Símbolo general.Para complejos nodefinidos
interconectandocontrol lógico osecuencial.
Control distribuido interconectando controladores
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Control distribuido interconectando controladoreslógicos con funciones lógicas binarias o
secuenciales.
1) Paquete decontrolador lógicoprogramable o
controladores lógicosdigitales integradoscon el equipo decontrol distribuido.
(2) No accesiblenormalmente aloperador.
Control distribuido interconectando un controlador
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Control distribuido interconectando un controladorlógico con funciones lógicas binarias o
secuenciales.
(1) Paquete decontrolador 1ógicoprogramable o
controladores lógicosdigitales integradoscon el equipo decontrol distribuido.
(2) Accesiblenormalmente aloperador.
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III. Variables Físicas
Existen varias variables que son deinterés industrial y que pueden clasificarsecomo físicas y químicas.
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Variables Físicas
Las variables físicas son aquellas relacionadascon las causas físicas que actúan sobre uncuerpo, con su movimiento o bien con las
propiedades físicas de las sustancias. Entreellas están: la presión, la temperatura, el nivel,el flujo, el peso, la velocidad, la densidad y elpeso especifico, la humedad y el punto de rocío,
la viscosidad y la consistencia, la llama, eloxigeno disuelto, la turbidez y la radiación solar.
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Variables Químicas
Las variables químicas están relacionadascon las propiedades químicas de loscuerpos o con su composición. Entre ellas
se encuentran la conductividad, el pH,redox, y la composición de los gases en
una mezcla.
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El peso
El peso de un cuerpo es la fuerza con quees atraído por la Tierra. La relación entrela masa del cuerpo, es decir, la cantidad
de materia que contiene, y su peso vienedado por la expresión
P=mg
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Velocidad
La medición de la velocidad en la industriase efectúa de dos formas: con tacómetrosmecánicos y con tacómetros eléctricos.
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Tacómetros Mecánicos
Detectan el número de vueltas del eje dela máquina por medios exclusivamentemecánicos pudiendo incorporar o no la
medición conjunta del tiempo paradeterminar el número de revoluciones por
minuto (r.p.m.), mientras que los
segundos captan la velocidad porsistemas eléctricos.
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Tacómetros Eléctricos
Para usos industriales se suelen utilizarlos tacómetros eléctricos porque permitenla transformación directa de la señal para
alimentar los instrumentos registradores ocontroladores de panel. Un caso de
aplicación típica lo constituye la medida de
la velocidad de giro del eje de una turbinaen una central de energía.
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Densidad y peso específico
La densidad o masa específica de uncuerpo se define como su masa porunidad de volumen, expresándose
normalmente en g/cm3.
Ojo... la densidad varía con la temperatura
y con la presión
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El Peso específico
El peso específico es el peso del fluido porunidad de volumen. Por lo tanto, entre elpeso específico y la densidad existirá la
relación:
Peso específico = densidad * g
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Complementarse con el archivo
en .pdf de estándar ISA.
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BIBLIOGRAFIA:
Instrumentación Industrial, A. Creus, Edit.Marcombo.
Process control instrumentationtechnology, Curtis D. Johnson, Edit.
Prentice Hall.