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INSTRUMENTACIN BSICA DE PROCESOS INDUSTRIALES
PONENTE:M. EN C. ARMANDO MORALES SNCHEZ
16 AL 18 DE MAYO DEL 2007
2#
S N T E S I S C U R R I C U L A R M. EN C. ARMANDO MORALES SNCHEZ
El M. en C. Armando Morales Snchez curs su licenciatura en Ingeniera en Comunicaciones y Electrnica (1980) en la ESIME del IPN y su Maestra en Ciencias en Ingeniera de Cmputo con Especialidad en Sistemas Digitales en el Centro de Investigacin en Computacin del IPN.
En su ingreso al Instituto Mexicano del Petrleo (IMP) en 1981, curso la Especializacin de Ingeniera de Proyecto en Instrumentacin y Control.Hasta 1987 permanece en el departamento de ingeniera de control, participando en la ingeniera bsica y de detalle de instrumentacin de 4 plantas industriales. A partir de 1988 y a la fecha, participa como Responsable de la Automatizacin de las Plantas Piloto del IMP, donde se han instrumentado e instalado sistemas de control digital (SCADA, PLC y SCD) en ms de 18 plantas piloto. Ha impartido cursos sobre instrumentacin y control a PEMEX y a compaas de iniciativa privada. De 1985 a 1988 fue miembro del comit educativo de la ISA Mxico y durante 19 aos fue profesor del IPN en el rea de Electrnica. Ha dirigido 10 tesis de licenciatura, 2 tesis de maestra y ha publicado 3 artculos internacionales y 8 artculos nacionales.
3#
Entre las distinciones que ha recibido destacan, el reconocimiento al desempeo en el IMP (1990), excelencia como expositor (1991), y en sus estudios de maestra, mencin honorfica, reconocimiento como el alumno ms sobresaliente y candidato a la presea Lzaro Crdenas (2000). En el 2001 obtuvo el segundo lugar en el concurso IMP a la mejor tesis de maestra sobre la industria petrolera. En el 2004 curso un Diplomado enMetrologa y otro en Aplicaciones de Sistemas de Control. Actualmente se encuentra finalizando sus estudios del Doctorado en Ingeniera Elctrica con Especialidad en Control, en la Seccin de Estudios de Posgrado e Investigacin de la ESIME, IPN, desarrollando un mtodo de sintonizacin para un control de matriz dinmica.
4#
Alcance: Al trmino del curso el participante conocer los conceptos bsicos de la instrumentacin, variables mas importantes, principales caractersticas y aplicaciones.
Perfil: Conocimientos bsicos de electricidad.
Dirigido a: Ingenieros o tcnicos involucrados en servicios, proyectos y mantenimiento dentro de las reas de Instrumentacin y Control.
5#
TEMARIO
1. Introduccin.- La Instrumentacin como factor de aumento de calidad y eficiencia en la produccin.
- Seguridad.- Exactitud y precisin.- Errores de medicin.- Calibracin.- Hojas de especificacin de instrumentos.
2. Simbologa ISA- Diagramas de tubera e instrumentacin.- Nomenclatura. - Terminologa.- Diagramas funcionales de instrumentacin.- ndice de instrumentos.
6#
3. Medicin de temperatura.- Generalidades.- Unidades.-Termmetros clnicos industriales, sistemas llenos, termopares, elementos de resistencia, termistores, termopozos.
- Instalacin. - Patrones y tablas.- Aplicaciones.
4. Medicin de presin- Generalidades.- Unidades.- Tipos de sensores.- Tipos de medidores.- Normas.- Instalacin.- Aplicaciones.
7#
5. Medicin de nivel.- Tanques atmosfricos.- Recipientes a presin.- Tipos de sensores.- Aplicaciones.
6. Medicin de flujo.- Importancia de la medicin de flujo de fluidos.- Unidades.- Diferentes principios para la medicin de flujo.- Aplicaciones.- Instalacin.
8#
7. Mediciones analticas- Cromatografa de gases - Analizador de infrarrojo- Analizador de oxgeno
8. Equipos auxiliares.- Transmisores.- Indicadores.- Registradores.- Convertidores.- Transductores.- Interruptores.- Buses de campo.- Clasificacin de reas.
9#
9. Elementos finales de control.- Introduccin. - Caractersticas de control.- Tipos de vlvulas de control.- Actuadores.- Posicionadores.- Variadores de velocidad- Servomotores
10. Introduccin al control automtico.- Introduccin.- Jerarqua de control.- Terminologa de control automtico.- Lazo abierto y lazo cerrado.- Disturbios.- Parmetros de estabilidad.- Modos de control: dos posiciones, proporcional, integral y derivativo. - Sintonizacin de controladores.- Teora moderna de control.
10#
11. Introduccin a sistemas de control digital para supervisin y control de procesos industriales.- Control unitario SISO- PLC- Sistemas de adquisicin de datos- Sistema SCADA- Sistemas de control distribuido.
11
Standards
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INSTRUMENTACIINSTRUMENTACIN N BBSICA DE PROCESOS SICA DE PROCESOS INDUSTRIALESINDUSTRIALES
CAPCAPTULO 1TULO 1
INTRODUCCIINTRODUCCINN
M. en C. Armando Morales Snchez16, 17 y 18 de mayo del 2007
12#
1. INTRODUCCIN
Qu es la instrumentacin?
Porqu es importante?
Qu relacin guarda con el control de un proceso?
Cules son las caractersticas bsicas de un instrumento?
En que influye la seleccin correcta de un instrumento?
13#
Proceso
Un proceso es una parte de una planta de manufactura, en la cul, el material o la energa es convertida a otras formas de material o energa. Ejemplos: Cambio en presin, temperatura, velocidad, potencial elctrico, etc.
PROCESO
Entrada de aire caliente
Salida de aire fro
14#
Proceso continuo y proceso batch
Proceso Continuo El material es introducido y removido del proceso al mismo tiempo y
el proceso una vez iniciado, no para (Reacciones qumicas, destilaciones, separaciones, etc).
Proceso Batch El material se agrega a un contenedor; algn proceso se lleva a
cabo; el producto es removido y se sigue una secuencia que puedeparar o reiniciarse (Bebidas alcoholicas, productos alimenticios, etc).
15#
Sistema
Conjunto de elementos ordenados que cumplen un objetivo, y uno solo de estos elementos no puede cumplir, por si solo, el trabajo de todo el sistema.
16#
Control
Accin o conjunto de acciones que buscan conformar una magnitud variable, o conjunto de magnitudes variables, en un patrn determinado.
17#
Esquema general de control
Medicin
Decisin
Accin
18#
Control de procesos
La regulacin o manipulacin de variables que influencian en el comportamiento de un proceso de una forma determinada para obtener un
producto con una calidad y una cantidad deseadas de una manera eficiente
DISTURBIOS
PROCESO
VARIABLECONTROLADA
VARIABLEMEDIDA
CONTROLADOR
VARIABLESMANIPULADAS
19#
Razones de control
Seguridad
Estabilidad
Optimizacin
Proteccin ambiental
20#
Seguridad
Preservar bajo cualquier condicin la integridad del personal y equipo involucrado en la operacin de los procesos.
21#
Estabilidad
Asegurar las condiciones de operacin de los procesos, para mantener en forma continua la calidad de los productos, dentro de los lmites especificados.
22#
Optimizacin
Asegurar el mximo beneficio econmico en la operacin de los procesos.
23#
Proteccin ambiental
Reducir a su mnima expresin el impacto ecolgico de los efluentes del proceso, para cumplir con todas las normatividades aplicables.
24#
y
t
Variable Analgica
y
t
Variable Digital
TIPOS DE VARIABLES DE ACUERDO A SU COMPORTAMIENTO EN EL TIEMPO
Tipos de variables
25#
Seal analgica
Dominio del tiempo
VibracinVozSonar
TemperaturaPresinFlujoEsfuerzo
DC
ECGPresin de sangreTransientesCromatografa
0.985
t t f
Dominio de la frecuencia
26#
Seal digital
Seal On-Off Tren de pulsos
Entrada:Lectura de un encoder
Salida:Mueve un motor a pasos
Entrada:Cierre o apertura de uninterruptor
Salida:Abre o cierra una vlvula
on
offt
1-
0- t
27#
Metrologa
La metrologLa metrologaa es la ciencia de las medidas, cuyo es la ciencia de las medidas, cuyo estudio comprende los patrones, las magnitudes y estudio comprende los patrones, las magnitudes y los sistemas de unidades.los sistemas de unidades.
La metrologLa metrologa estudia la fiabilidad de la relacia estudia la fiabilidad de la relacin n establecida entre cualquier magnitud y su patrestablecida entre cualquier magnitud y su patrn.n.
*La medicin es el proceso por el cual se asignan nmeros o smbolos a atributos de entidades del mundo real de tal forma que los describa de acuerdo con reglas o patrones claramente definidos" [Fentony Pfleeger, 1997].
*Fenton, N.E. y Pfleeger, S.L., Software metrics. A rigurous and practical approach, PWS Pub, 1997
28#
Magnitud o Cantidad
Atributo de un fenAtributo de un fenmeno, cuerpo o sustancia que meno, cuerpo o sustancia que puede ser distinguido cualitativamente y determinado puede ser distinguido cualitativamente y determinado cuantitativamente. Ejemplos de magnitudes:cuantitativamente. Ejemplos de magnitudes:
BBsicas: Longitud, masa, tiempo.sicas: Longitud, masa, tiempo.
Derivadas: Velocidad, calor, Derivadas: Velocidad, calor, rea.rea.
Particulares: ConcentraciParticulares: Concentracin de etanol, resistencia n de etanol, resistencia elelctrica de un cable, Calorctrica de un cable, Caloras que aporta un as que aporta un alimento.alimento.
29#
Unidades de medida
KTTemperatura
stTiempo
mLLongitud
KgMMasa
Unidades SIRepresentacin dimensional
Magnitud
Magnitudesfundamentales
Magnitudesderivadas
Kg/m/sML-1t-1Viscosidad
J/Kg (N-m/Kg)FL/M=M2L-2Energa interna u
W (Kg/m/s3)FL/t=ML-1t-3Potencia
J (Kg/m/s2)FLEnerga
Kg/m3ML-3Densidad
Pa(N/m2)FL2=ML-1t-2Presin
m3L3Volumen
m2L2Area
N(Kg.m/s2)ML2t-2Fuerza
m/s2Lt-2Aceleracin
m/sLt-1Velocidad
30#
Rango y Span
Rango.- Regin entre los lmites en los cules una cantidad es medida,
recibida o transmitida, expresada al establecer los valores de rango
mnimos y mximos.
LRV (Valor de rango mnimo).- El valor mnimo de la variable medida que
un dispositivo esta ajustado para medir.
URV (valor de rango mximo).- El valor mximo de la variable medida que un dispositivo esta ajustado para medir.
Span.- Diferencia algebraica entre los valores mximo y mnimo.
31#
Rango de las variables medidas
RANGOS TPICOS TIPO DE RANGO RANGO VALOR BAJO DEL
RANGO
VALOR ALTO DE RANGO
SPAN
TERMOPAR K VARIABLE MEDIDA 0 A 2000 oF 0 oF 2000 oF 2000 oF
SEAL ELCTRICA -0-68 A 44.91 mV -0.68 mV. + 44.91 mV. + 5.556 mV.
MEDIDOR DE FLUJO
VARIABLE MEDIDA 0 A 10,000 LB/HR 0 LB/HR 10,000 LB/HR 10,000 LB/HR
TACOMETRO VARIABLE MEDIDA 0 A 500 RPM 0 RPM 500 RPM 500 RPM
SEAL ELCTRICA 0 A 5 V. 0 V. 5 V. 5 V.
PRESIN DIFERENCIAL
VARIABLE MEDIDA 10 A 100 H2O 10 H2O 100 H2O 90 H2O
SEAL ELCTRICA 4 A 20 mA. C.D. 4 mA. C.D. 20 mA. C.D. 16 mA. C.D.
32#
Ejemplo de rango de variables medidas
Cual ser la seal en mA. que entrega un transmisor de presin que mide 32.3 Kg/cm2 en un rango calibrado de 0-70 Kg/cm2, si el transmisor entrega su seal en un rango de 4-20 mA. C.D.?
33#
Medicin
Algunos de los factores que afectan la medicin son:
La exactitud, La precisin, La resolucin, La repetibilidad, La reproducibilidad, La linealidad, La histresis El error La incertidumbre.
34#
Exactitud de la medicin
**La exactitud de la medicin es la concordancia entre un valor obtenido experimentalmente y el valor de referencia. Es funcin de la repetibilidad y de la calibracin del instrumento.
La precisin es el grado de concordancia entre una serie de determinaciones obtenidas de repetir la medicin y se expresa como la desviacin estndar relativa o el coeficiente de variacin.Es funcin de la repetibilidad y la reproducibilidad.
La resolucin de un instrumento es el mnimo valor confiable que puede ser medido en un instrumento.
35#
100%
0%
SPAN
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1009080706050403020100
VA
L OR
ES
DE
EN
T RA
DA
VALOR DESEADO
SALIDA MEDIDA
RANGO DE EXACTITUD 5 % span
Exactitud de la medicin
36#
Repetibilidad y Reproducibilidad
La repetibilidad es la precisin de resultados de medicinexpresado como la concordancia entre determinaciones o mediciones independientes realizada bajo las mismascondiciones (operador, tiempo, aparato, lugar, mtodo, etc).
Reproducibilidad de la medicin es la precisin de resultadosde medicin expresado como la concordancia entredeterminaciones independientes realizadas bajo diferentescondiciones (operador, tiempo, aparato, lugar, mtodo, etc).
37#
100%
0%
SPAN
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1009080706050403020100
VA
L OR
ES
DE
EN
T RA
DA
VALOR DESEADO
SALIDA MEDIDA
Repetibilidad y Reproducibilidad
EL INSTRUMENTO CON QUE SE REALIZA LA MEDICIN ES UN INSTRUMENTO PRECISO, MAS NO EXACTO
38#
Linealidad
SALIDA
LINEAL
FLUJO
CURVA CARACTERSTICA
LINEALIDAD (ENTRADA/SALIDA)
Se define como la cercania con la cual una curva se aproxima a una lnea recta. La linealidad es usuamente medida como una no linealidad y expresada como linealidad. Hoy en da algunos instrumentos tienen un ajuste de linealidad
LINEALIDAD
39#
Histresis
SALIDA
LINEAL
FLUJO
Es la medida de la diferencia en respuesta de un dispositivo o sistema al incrementar la seal de entrada de un valor mnimo a un valor mximo y, con respecto a cuando se decrementa de un mximo a un mnimo sobre el mismo rango.
HISTERESIS
40#
Error
Diferencia algebrica entre los valores indicados y los valores verdaderos de la variable medida. Existen diferentes tipos de errores:
Error de span Error de cero Error de linealizacin
41#
Error de cero
100%
VALOR VERDADERO
0
100%
% DE ENTRADA
% D
E S A
L ID
A
ERRORES DE CERO
Un instrumento tiene un error de cero cuando todas las indicaciones del instrumento son consistentemente altos o consistentemente bajos a travs del rango completo del instrumento cuando es comparado con la salida deseada.
42#
Error de Span
En el error de span, la desviacin del valor ideal vara en diferentes puntos a lo largo del rango del instrumento. Normalmente se incrementa, cuando la seal de entrada se incrementa.
100%
VALOR VERDADERO
0
100%
% D
E S A
L ID
A
ERRORES DE SPAN
% DE ENTRADA
43#
Errores de Span y de Cero combinados
100%
VALOR VERDADERO
0
100%%
DE
S AL I
DA
COMBINACIN DE ERRORES DE SPAN Y CERO
% DE ENTRADA
44#
Error de linealidad
Es cuando el resultado de la salida no presenta una lnea recta con respecto al valor de entrada. El error de no linealidad puede ser corregido durante la calibracin si el instrumento tiene un ajuste de no linealidad. Generalmente se recomienda tomar 5 puntos.
LINEAL
0
100%
% D
E S A
L ID
A
100%% DE ENTRADA
ERRORES CAUSADOS POR LA NO LINEALIDAD
45#
Especificacin de caractersticas de un instrumento
Un instrumento de medicin es un dispositivo empleado para efectuar mediciones por si solo o como integrante de otro equipo o sistema. Las caractersticas metrolgicas de un instrumento estn definidas en funcin de los factores que afectan su medicin, como ejemplo:
Exactitud : r 0.2% de span calibrado. Aqu se incluye efectos combinados de lo siguiente:
Repetibilidad : r 0.05% de span calibrado
Linealidad : r 0.1% de span calibrado
Histresis : r 0.05% de span calibrado
46#
Ciencias exactas.Ciencias exactas. Respuesta a cuestiones planteadas por la ciencia.Respuesta a cuestiones planteadas por la ciencia. InvestigaciInvestigacin cientn cientfica.fica. Manufactura.Manufactura. Control de calidad.Control de calidad. InspecciInspeccin y vigilancia.n y vigilancia. TTcnica.cnica. Forma parte del ciclo de mejora continua del sistema de Forma parte del ciclo de mejora continua del sistema de
administraciadministracin de la calidad.n de la calidad. Es un pilar que soporta la calidad.Es un pilar que soporta la calidad.
47#
Con la finalidad de evaluar su eficiencia.Con la finalidad de evaluar su eficiencia. Poder comparar mediciones con patrones de referencia.Poder comparar mediciones con patrones de referencia. Poderse comparar con otros laboratorios.Poderse comparar con otros laboratorios. Interpretar resultados de la ciencia, la ingenierInterpretar resultados de la ciencia, la ingeniera, el a, el
comercio, la industria.comercio, la industria. Tener un criterio objetivo para adquisiciTener un criterio objetivo para adquisicin de equipo.n de equipo. Seleccionar el equipo adecuado para un proceso de Seleccionar el equipo adecuado para un proceso de
medicimedicin especn especfico.fico. Comprender reglamentaciones oficiales.Comprender reglamentaciones oficiales.
48#
AnteriormenteAnteriormente: : errorerror y any anlisis de lisis de erroreserrores.. El error es el resultado de una medida menos el valor El error es el resultado de una medida menos el valor
verdadero del mensurando.verdadero del mensurando.
ActualmenteActualmente: : Incertidumbre.Incertidumbre. La incertidumbre refleja la imposibilidad de conocer el La incertidumbre refleja la imposibilidad de conocer el
valor del mensurando y corresponde a la duda del valor del mensurando y corresponde a la duda del resultado de la mediciresultado de la medicin, an, an cuando sean eliminados n cuando sean eliminados los errores detectados.los errores detectados.
49#
Incertidumbre de la Medicin
Parmetro asociado al resultado de una medicin que caracteriza la dispersin de los valores, que podran razonablemente ser atribudos al mensurando.
50#
Qu nos da a conocer la Incertidumbre?
Caracteriza la calidad del resultado de una Caracteriza la calidad del resultado de una medicimedicin.n.
Refleja la imposibilidad de conocer exactamente el Refleja la imposibilidad de conocer exactamente el valor del mensurando.valor del mensurando.
Corresponde a la Corresponde a la dudaduda del resultado de medicidel resultado de medicin.n.
Corresponde a la duda una vez eliminados o Corresponde a la duda una vez eliminados o corregidos los errores detectados.corregidos los errores detectados.
51#
Fuentes de Incertidumbre
Principio de medida.Principio de medida.
MMtodo de medida.todo de medida.
Procedimiento de medida.Procedimiento de medida.
Correcciones por errores detectados.Correcciones por errores detectados.
Correcciones por cantidades de influencia.Correcciones por cantidades de influencia.
Valores inexactos de patrones.Valores inexactos de patrones.
Muestra no representativa del mensurando.Muestra no representativa del mensurando.
Aparatos de mediciAparatos de medicin.n.
MMtodo de medicitodo de medicin.n.
Variables no controladas (temperatura, humedad, presiVariables no controladas (temperatura, humedad, presin n atmosfatmosfrica, corrientes de aire, variacirica, corrientes de aire, variacin de energn de energa ela elctrica, ctrica, variacivariacin de flujo de agua, n de flujo de agua, etcetc).).
52#
Normativa de estimacin de Incertidumbre
NMX-EC-17025-IMNC-20005.4.6.2. Los laboratorios de ensayo y calibracin debern tener y aplicar
procedimientos para estimar la incertidumbre de medicin, el laboratorio debe al menos intentar identificar todos los componentes de la incertidumbre y hacer una estimacin razonable basada en el conocimiento del desempeo del mtodo y del alcance de la medicin y deber hacer uso, por ejemplo, de la experiencia previa y de la validacin de los datos.
5.4.6.3. Cuando se est estimando la incertidumbre de medicin deben ser tomados en cuenta, todos los componentes de incertidumbre que sean de importancia para la situacin dada; usando mtodos apropiados de anlisis.
53#
Calibracin
La calibracin de un instrumento es el conjunto de operaciones queestablece, bajo condiciones especificas, la relacin entre valoresindicados por un instrumento de medicin o sistema de medicin o los valores representados por una medida materializada y los valorescorrespondientes de la magnitud, realizada por los patrones. En forma simple se define como la comparacin de las indicaciones de un instrumento contra un patrn, sin efectuar ningn ajuste.
CALIBRACIN APROPIADA
MEDICIN EXACTA
BUEN CONTROL DEL PROCESO
SEGURIDAD Y COSTOS BAJOS
54#
Diagrama de bloques de la calibracin
INSTRUMENTOBAJO PRUEBA
PROCESO O ENTRADA SIMULADA
MEDICIN DE ENTRADA PATRN
(NORMALIZADA)
MEDICIN DE SALIDA
(NORMALIZADA)
FUENTE DE ENERGA
55#
Programas de calibracin de instrumentos
PROGRAMA ANUAL DE CALIBRACIN DE EQUIPOS DE MEDICIN2003
CLAVE INVENTARIO
NOMBRE DEL EQUIPO MARCA MODELO NO. SERIE VIDA TIL DEMANDANTE
RANGO DE MEDICIN
PRECISIN COMPAA QUE DA EL SERVICIO
PERIODO DE SERVICIO
S/N Transductor de vaco Baratron 622A TAE-5 619741 10 aos 0 a 10 Torr +-0.25% E.T.I13 IMP 6 meses*S/N RTD PT100 Fondo Jupiiter JAX1 PT100 9550 10 aos -40 a 420oC +-1.0 oC IMP 1 aoS/N RTD PT100 Domo Jupiter JAX PT100 15 10 aos -40 a 420oC +-1.0 oC IMP 1 aoS/N RTD PT100 Bao Jupiter JAX2 0H12004 9537 10 aos -40 a 420oC +-1.0 oC IMP 1 aoS/N Probeta graduada Pyrex 3062 CB12624 10 aos 0-250 ml. +-1.4 ml IMP 1 ao
20092 Bscula electrnica Mettler PM30-K L21759 10 aos 0-30 Kg. +-1.0 g IMP 1 ao134138 Indicador de temperatura Eurotherm 8155 0931-001-007-9 10 aos 0-40 oC 0.015 oC IMP 1 ao
56#
Patrones de calibracin
PATRN (de medicin)
Medida materializada, instrumento de medicin, material de referencia o sistema de medicin destinado a definir, realizar, conservar o reproducir una unidad o ms valores de una magnitud para utilizarse como referencia.
PATRN NACIONAL (de medicin)
Patrn reconocido por una decisin nacional en un pas, que sirve de base para asignar valores a otros patrones de la magnitud concerniente.
57#
Patrones de calibracin
PATRN (de medicin).- Medida materializada, instrumento de medicin, material de referencia o sistema de medicin destinado a definir, realizar, conservar o reproducir una unidad o ms valores de una magnitud para utilizarse como referencia.
PATRN NACIONAL (de medicin).- Patrn reconocido por una decisin nacional en un pas, que sirve de base para asignar valores a otros patrones de la magnitud concerniente.
PATRN SECUNDARIO.- Patrn cuyo valor es establecido por comparacin con un patrn primario de la misma magnitud.
PATRN DE TRABAJO.- Patrn que es usado rutinariamente para calibrar o controlar las medidas materializadas, instrumentos de medicin o los materiales de referencia.
58#
Trazabilidad de la medicin
Propiedad del resultado de una medicin o del valor de un patrn por la cual pueda ser relacionado a referencias determinadas generalmente patrones nacionales o internacionales por medio de una cadena ininterumpida de comparaciones teniendo todas las incertidumbres determinadas.
Patrn Nacional o Primario
Consumidor, industria, comercio
Definicin de laUnidad de Medida
Laboratorio Nacional
Laboratorios de Calibracin Acreditados
Instrumento de Medicin o equipo calibrado
BIPM
Patrn de Referencia
Patrn de Trabajo
59#
Ejemplo de trazabilidad de la medicin
60#
Patrones de trabajo
PATRONES
MANMETROS COLUMNAS H2O HGPOTENCIOMTRICOS
PUENTE DE WHEATSONEBALANZA DE PESOS MUERTOS
61#
Calibradores neumticos
62#
Balanza de pesos muertos
63#
Calibrador de flujo
64#
Calibrador de presin
7 8 9
654
1 2 3
0 .+/- ENTER
SETUP
RANGECLEAR(ZERO)
V
MEASSOURCE
mA
TCRTO
VHz
SAVE MORECHOICES
SCALEENG UNITS
AUTO RANGE0 15 30 mA
20.451 mA
11/18/93 07:44:08SOURCE OFF
FLUKE 702
VRTD
MA MA
RTD
MEAS
V
SOURCE30V MAX
300VMAX
MEASURE
~
DOCUMENTING PROCESS CALIBRATOR
65#
Medicin Industrial
Medicin Local
Medicin Remota
66#
Medicin Local
MEDICINLOCAL
MANMETROS MIRILLAS DE NIVEL TERMOMETROSMIRILLAS DE FLUJO
67#
Medicin Remota
MEDICINREMOTA
TRANSMISORESNEUMTICOS
TRANSMISORESELCTRICOS
TRANSMISORES DIGITALES
68#
Instrumentacin
La instrumentacin es una especialidad referente a los instrumentos de medicin, principalmente a los utilizados industrialmente, y forma parte primordial dentro de un sistema enfocado al control de un proceso industrial, por lo que generalmente un instrumentista es un especialista en instrumentacin y control.
Un buen conocimiento de la especialidad redunda en una buena especificacin y seleccin de la instrumentacin ptima en un proceso industrial lo cual contribuir como un factor de aumento de calidad y eficiencia en la produccin.
69#
Hojas de datos de instrumentos
Una hoja de datos es una tabla donde se introducen los datos de proceso mnimos necesarios para efectuar la especificacin de un instrumento, como pueden ser: temperatura normal y mxima de operacin, presin normal y mxima de operacin, material de la tubera, tipo de fludo, dimetro de la tubera, etc.
En un proyecto, generalmente estos datos se toman del diagrama de flujo de proceso y del diagrama de tubera e instrumentacin, en el que se indican las condiciones de operacin de los puntos importantes del proceso y las caractersticas de los recipientes y de las lneas de tubera.
70#
Hojas de datos de instrumentos
71#
Hojas de datos de instrumentos
72#
Hoja de especificacin de instrumentos
Una hoja de este tipo especifica las caractersticas generales y especficas del instrumento para su compra.
Para el llenado de esta hoja, es necesario conocer el tipo de instrumento que se ha seleccionado en base a las condiciones de operacin plasmadas en las hojas de datos de instrumentos.
La hoja de especificacin es un documento bsico dentro de la ingeniera de proyecto, ya que fundamenta la compra y sirve de apoyo para las diferentes actividades subsecuentes de un proyecto, como los tpicos de instalacin, diagramas de alambrado, suministros de energa, etc.
73#
Hojas de especificacin
de instrumentos
(ISA S20)
74#
Hojas de especificacin
de instrumentos
(ISA S20)
75#
Hojas de especificacin
de instrumentos
(ISA S20)
76#
Evolucin de la instrumentacin y control
PERODO
ANTES DE
1920
1930
A 1940
1940
A 1950
1950
A 1960
1960
A 1970
1970
A 1980
1980
A 1990
1990
EN ADELANTE
INSTRU MENTA CIN
MEDICIONES
LOCALES
ELEMENTOS FINALES DE CONTROL
PRIMEROS
SERVO MECANISMOS
ACTUADORES NEUMTICOS
PRIMEROS
INSTRUMENTOSELECTRNICOS
PRIMERAS CELDAS DE
PRESIN DIF.
SURGE LA
CROMATOGRAFA DE GASES
SURGEN NUEVOS PRINCIPIOS DE
MEDICIN
DESARROLLO DE
NUEVOS CONTROLADORES
ELECTRNICOS MAS CAPACES
SE DESARROLLAN
NUEVOS TIPOS DE VLVULAS DE
CONTROL
SE INTRODUCEN
LOS MICRO PROCESADORES
EN LA INSTRUMENTACIN
SE
DESARROLLAN NUEVOS
INSTRUMENTOS CON MEJOR
EXACTITUD Y CONFIABILIDAD CON PRECIOS REDUCIDOS
SE
DESARROLLAN INSTRUMENTOS INTELIGENTES
CON FUNCIONES MTLIPLES CON AUTO
CALIBRACIN Y AUTO
DIAGNSTICO
SISTEMAS DE
CONTROL
CONTROL MECNICO
CONTROL DE DOS
POSICIONES
PRIMEROS
CONTROLES NEUMTICOS
PID
PRIMEROS CONTROLES
LGICOS PROGRAMABLES
DESARROLLO DE LA TEORA DE CONTROL
MODERNA
PRIMERAS TCNICAS DE
SINTONA
SE DEFINEN LAS
BASES DE CONTROL
SUPERVISORIO Y DE CONTROL
DIGITAL DIRECTO
SE DEFINEN LAS
BASES DE CONTROL
DISTRIBUIDO
SE DESARROLAN LOS PRIMEROS
PLCs DIGITALES
SE INCREMENTA LA CAPCIDAD DE
LOS SISTEMAS DE CONTROL
DISTRIBUIDO Y DE LOS PLCs
SE
DESARROLLAN LAS PRIMERAS APLICACIONES DE CONTROL AVANZADO
SE
INTRODUCEN LOS
CONCEPTOS DE INTER
OPERABILIDAD E INTER
CONECTIVIDAD
TELE
METRIA
INSTRUMEN-
TACIN LOCAL
TRANSMISIN NEUMTICA
TRANSMISIN
ELCTRICA
TRANSMISIN
4-20 mA.
SE
DESARROLLAN LOS PRIMEROS SISTEMAS DE TELEMETRA
SE DESARROLLAN
LOS PRIMEROS SISTEMAS DE FIBRA PTICA
SE
NORMALIZAN LOS PRIMEROS PROTOCOLOS
DIGITALES
SE
INTRODUCEN LOS CANALES
DE CAMPO
77#
Cmo seleccionar un medidor?
Fundamentalmente la seleccin se basa en las consideraciones de proceso, a la importancia del dato de medicin en el proceso y al aspecto econmico.
De ah la importancia de conocer el principio de medicin de los diferentes tipos de medidores y los clculos necesarios de los elementos primarios para obtener el mximo rendimiento costo-beneficio de ellos y as disminuir el error en la medicin.
Este curso provee mtodos tcnicos para el diseo, especificacin, clculo y seleccin de medidores, dando una gua para medir variables fsicas de la mejor manera posible.
78#
Tips para seleccionar un medidor
1. Medidor ms familiar.- el ms fcilmente entendible, basado sobre gran cantidad de mediciones y perodos de tiempo.
2. Medidor que se ha utilizado en aplicaciones previas similares.-simple aproximacin, no necesariamente malo pero no siempre la mejor solucin. Puede ser muy malo si la seleccin es siempre la misma.
3. Considerar todos los factores que puedan influir en la seleccin.-consume en algunos casos demasiadas h-h y es justificada en aplicaciones crticas de flujo.
79#
Ejemplo de caractersticas principales para la seleccin de un medidor de flujo
ESTANDARES DE LA COMPAA CONEXIONES PARA INSTALACIN: BRIDADO, ROSCADO, ETC.
REQUERIMIENTOS LEGALES LIMITACIONES DE ESPACIOFASE DEL FLUIDO PRINCIPAL TRAYECTORIA DE TUBERIA CORRIENTE ARRRIBA
CONTENIDO DE SOLIDOS COMPONENTES MAS CERCANOS CORRIENTE FACTORES DE CALIBRACIN NIVEL DE VIBRACINTIPO DE FLUIDO: AGUA, AIRE HC, ETC REPETIBILIDAD DE LECTURANATURALEZA DEL FLUIDO: CORROSIVO, CONDUCTIVO, ETC
VELOCIDAD O TOTALIZACIN
TAMAO Y MATERIAL DE TUBERA TIEMPO DE RESPUESTAINDICADOR DE FLUJO FLUJO MXIMO Y MNIMOOBSTRUCCIN DE FLUJO PRDIDA DE PRESIN PRESIN MXIMA Y MNIMATIPO DE SALIDA DE CONTROL TEMPERATURA MXIMA Y MNIMATIEMPO ENTRE INSPECCIN Y MANTENIMIENTO DENSIDAD DEL FLUIDOSEGURIDAD VISCOSIDAD DEL FLUIDOCOSTO FLUJO PULSANTE?DESVO DE CALIBRACIN FLUJO LAMINAR?PROVEEDORES CONDICIONES EXTERNAS: HUMEDAD, CALOR,
80
Standards
Certification
Education & Training
Publishing
Conferences & Exhibits
INSTRUMENTACIINSTRUMENTACIN N BBSICA DE PROCESOS SICA DE PROCESOS INDUSTRIALESINDUSTRIALES
CAPCAPTULO 2TULO 2
SIMBOLOGSIMBOLOGAA
M. en C. Armando Morales Snchez23, 24 y 25 de mayo del 2007
81#
Los diagramas de tubera e instrumentacin (DTIs)
Los DTIs son diagramas que contienen bsicamente los equipos de proceso, las tuberas, los instrumentos y las estrategias de control del proceso. Un DTI es el elemento nico ms importante en el dibujo para:
Definir y organizar un proyectoMantener el control sobre un contratista durante la construccinEntender como es controlada la planta despus de finalizar el proyectoMantener un registro de lo que fue acordado y aprobado formalmente para la construccinRegistrar lo que fue construido en la forma como se diseo con los DTIs
82#
Los diagramas de tubera e instrumentacin (DTIs)
Los DTIs son conocidos con varios nombres, pero todo mundo sin tomar en cuenta como son nombrados conocen su valor. Estos son algunos de los nombres por los cuales son conocidos :
DTIsP&IDs (por sus siglas en ingls)Diagramas de tubera e instrumentacin Diagramas de procesos e instrumentacin
La mayoria de las firmas utilizan las normas ISA como una base para luego aadir sus propias modificaciones de acuerdo a sus necesidades.
83#
Normas ISA aplicables a DTIs
No hay norma DTI o acuerdo en la informacin que debe ser incluida o excluida de tales documentos.
Las normas ISA ANSI/ISA-5.1-1984 (R1992) y ISA-5.3-1983 son las guas generalmente ms aceptables para desarrollar simbolismo para instrumentacin y sistemas de control en: las industrias qumicas y petroqumica, generacin de energa, pulpa y papel, refinacin, metales, aire acondicionado, etc. y pueden ser utilizadas en procesos continuos, por lotes y discretos.
84#
ANSI/ISA-S5.1-1984 (R1992), Identificacin y smbolos de instrumentacin.
ANSI/ISA-S5.2-1976 (R1992), Diagramas lgicos binarios para operaciones de proceso.
ISA-S5.3-1983, Smbolos grficos para control distribuido, instrumentacin de desplegados compartidos, sistemas lgicos y computarizados.
ANSI/ISA-S5.4-1991, Diagramas de lazo de instrumentacin. ANSI/ISA S5.5-1985, Smbolos grficos para desplegados de proceso.
Normas ISA aplicables a DTIs
85#
Otras normas de simbologa
ASA Y32.11-1961 Smbolos grficos para diagramas de flujo de proceso en las industrias del petrleo y qumica (ASME).
ASA Z32.2.3-1949 Smbolos grficos para accesorios de tubera, vlvulas y tubera (ASME)
ANSI Y14.15.a-1971 Seccin 15-11 Interconexin de diagramas (ASME) IEEE Std 315-1975 (ANSI Y32.2 1975) (CSA Z99 1975) Smbolos
grficos para diagramas elctricos y electrnicos (IEEE) ANSI/IEEE Std 315A-1986 (IEEE)
86#
Diagrama de tubera e instrumentacin(DTI P&I)
87#
SIMBOLOGA
88#
Contenido de la norma ANSI/ISAS5.1-1984
1. Propsito.2. Alcance.3. Definiciones.4. Reglas de identificacin de instrumentos.5. Tablas.6. Dibujos.
89#
1. Propsito
Establecer un significado normativo de los instrumentos y sistemas de instrumentacin utilizados para la medicin y el control, incluyendo smbolos y cdigos de identificacin.
90#
2. Alcance
1. Generalidades.2. Aplicacin a industrias.3. Aplicacin a actividades de trabajo.4. Aplicacin a diferentes tipos de
instrumentacin y a funciones de instrumentos.
5. Extensin de identificaciones funcionales.6. Extensin de identificaciones de lazos.
91#
Aplicacin a Industrias
La norma esta disponible para utilizarse en industria qumica, del petrleo, generacin de potencia, acondicionamiento de aire y cualquier industria de procesos, y se espera que la norma tenga la suficiente flexibilidad para manejar muchas de las necesidades de algunos campos como la astronoma, navegacin y medicina que utilizan instrumentacin diferente de los instrumentos convencionales de proceso.
92#
Aplicacin a actividades de trabajo
La norma esta disponible para utilizarse en cualquier referencia de simbolizacin e identificacin de un instrumento o de alguna funcin de control. Tales referencias pueden ser requeridas para:
-Diagramas de diseo y construccin,-Literatura, discusiones y artculos tcnicos,-Diagramas de sistemas de instrumentacin, diagramas de lazos y diagramas lgicos,-Descripciones funcionales,-Diagramas de flujo de: procesos, mecnicos, de ingeniera, de tubera e instrumentacin (DTI o P&I), -Especificaciones, ordenes de compra, etc.
93#
Aplicacin a funciones de instrumentos y a clases de instrumentacin
Los mtodos de identificacin y simbolismos proporcionados por la norma se aplican a todas las clases de instrumentacin de control y medicin de procesos.
La norma no solo puede utilizarse para describir instrumentos digitales y sus funciones, sino tambin para describir las funciones analgicas de los sistemas, como por ejemplo: control compartido , control distribuido y control basado en computadora.
94#
Extensin de identificacin funcional y de lazo
La norma proporciona la identificacin y simbolizacin de las funciones clave de un instrumento, es decir, son funciones generalizadas, as que cuando se requieren detalles adicionales del instrumento, es conveniente recurrir a la hoja de especificacin del instrumento o algn otro documento para cubrir la especificacin detallada.
La norma cubre la identificacin de un instrumento y todos las funciones de control asociadas con un lazo de control.
95#
3. Definiciones
Para propsitos de conocimiento de la norma, es conveniente analizar algunas definiciones:
Alarma. Un dispositivo o funcin que seala la existencia de una condicin anormal por medio de un cambio discreto visible o audible, o ambos, con el fin de llamar la atencin.Automatizacin. Es el acto o mtodo de hacer que un proceso funcione sin la necesidad de la intervencin de un operador. Banda Muerta. Rango a travs del cual puede variar la seal de entrada, hacia un dispositivo, sin ste inicie una respuesta. Generalmente se expresa como un porcentaje del rango de operacin. Binario. Trmino aplicado a una seal que slo tiene dos estados o posiciones discretas (on-off, alto-bajo, etc).
96#
Definiciones
Crculo. Smbolo utilizado para denotar e identificar el propsito o funcin de un instrumento y puede contener un nmero de identificacin (ballon, bubble)Configurable. Trmino aplicado a un dispositivo o sistema en el que sus caractersticas pueden ser seleccionadas o rearregladas a travs de programacin o algn otro mtodo.Controlador. Un dispositivo que tiene una salida que vara para regular una variable controlada de una manera especfica y puede ser un dispositivo analgico o digital. Un controlador automtico vara su salida automticamente, en respuesta a una entrada directa o indirecta de una variable de proceso medida.
97#
Definiciones
Controlador compartido. Un controlador que contiene algoritmos preprogramados que son usualmente accesibles, configurables y asignables y permite un nmero de variables de proceso a ser controladas por un solo dispositivo.Controlador Lgico Programable (PLC). Un controlador, usualmente con entradas y salidas mltiples, que contiene un programa que se puede alterar.Convertidor. Un dispositivo que recibe informacin en alguna forma de seal y transmite una seal de salida en alguna otra forma. El convertidor tambin se le llama transductor, aunque el trmino transductor no se recomienda utilizarse para conversin de seales.Corrimiento. Cualquier cambio paralelo de la curva de entrada -salida.
98#
Definiciones
Digital. Trmino aplicado a una seal o dispositivo que utiliza dgitos binarios para representar valores continuos o estados discretos.Dispositivo de cmputo. Un dispositivo o funcin que ejecuta uno o ms clculos u operaciones lgicas, o ambas, y transmite uno o mas seales de salida resultantes. Es tambin llamado relevador de cmputo.Elemento Final de Control. Dispositivo que cambia el valor de la variable manipulada directamente de un lazo de control. Elemento Primario. Parte de un instrumento o un lazo, que detecta el valor de una variable de proceso, o que asume un estado o salida predeterminada. El elemento primario puede estar separado o integrado con otro elemento funcional de un circuito, tambin se le conoce como detector o sensor.
99#
Definiciones
Estacin de Control. Estacin manual de carga que tambin proporciona la transferencia entre los modos de control automtico y manual de un circuito de control. Se conoce tambin como estacin automtico y manual. Estacin Manual de Carga. Dispositivo que cuenta con una salida ajustable manualmente que se usa para actuar uno o ms dispositivos remotos, pero que no puede ser usada para transferir entre los modos de control automtico y manual de un circuito de control. Error. Es la diferencia algebraica entre la indicacin actual y el valor verdadero de una magnitud medida. A menudo expresado como un porcentaje del SPAN O del valor a escala total. Los valores positivos del error denotan la indicacin del instrumento es ms grande que el valor real.
100#
Definiciones
Exactitud. Lmites dentro de los cuales puede variar el valor establecido de una propiedad del proceso con respecto a su valor. Esta se expresa generalmente en un porcentaje de la escala total. Frecuencia Natural. Frecuencia a la cual el sensor, bajo condiciones de carga resonar con algunas fuentes de frecuencia externa. Funcin. Propsito de o accin realizada por un dispositivo. Histresis. La diferencia en la seal de medicin para un valor dado de una variable de proceso cuando se alcanza primero desde una carga cero y despus desde la escala total.
101#
Definiciones
Identificacin. Secuencia de letras y/o dgitos usados para designar un instrumento individual o un circuito. Instrumento. Dispositivo utilizado para medir y/o controlar una variable directa o indirectamente. El trmino incluye elementos primarios, finales, dispositivos de cmputo y dispositivos elctricos como alarmas, interruptores y botones de paro.Instrumentacin. Es la rama de la ingeniera involucrada con la aplicacin de los instrumentos a un proceso industrial para medir o controlar alguna variable y es referida a todos los instrumentos para cumplir este propsito.
102#
Definiciones
Interruptor. Dispositivo que conecta, desconecta o transfiere uno o ms circuitos, y que no es designado como controlador, un revelador o una vlvula de control. EI interruptor es un dispositivo que (I mide (I la variable y opera(abre o cierra) cuando sta alcanza un valor predeterminado. Lazo. Combinacin de dos o mas instrumentos o funciones de control arregladas para el propsito de medir y/o controlar una variable de procesoLinealidad. Se define como la desviacin mxima a partir de una lnea recta que une el valor de la seal de medicin a carga cero con la seal de medicin a una carga dada.Local. Localizacin de un instrumento que no esta en el tablero ni atrs del tablero. Los instrumentos locales estn comnmente en la vecindad de un elemento final de control.
103#
Definiciones
Longitud de Inmersin. Longitud desde el extremo libre del pozo o bulbo al punto de inmersin en el medio al cual se est midiendo la temperatura. Luz Piloto. Luz que indica un nmero de control normales de un sistema o dispositivo. Tambin se le conoce como luz monitora. Medicin. Determinacin de la existencia o magnitud de una variable. Los instrumentos de medicin incluyen todos los dispositivos usados directa o indirectamente para este propsito. Modos de Control. Mtodo con el cual un controlador contrarresta la desviacin de una seal de su punto de ajuste.
104#
Definiciones
Montado en Tablero. Trmino aplicado a un instrumento que esta montado en el panel frontal del tablero y que es accesible al operador para su uso normal. Parte posterior del tablero. Trmino aplicado al rea que se encuentra atrs del tablero y que contiene los instrumentos que no es necesario que se encuentren accesibles al operador para su uso normal. Proceso. Cualquier operacin o secuencia de operaciones que involucre un cambio de estado, de energa, de composicin, de dimensin de otra propiedad que puede definirse con respecto a un dato. Programa. Secuencia repetida de acciones que definen el estado de las salidas en relacin a un conjunto de entradas.
105#
Definiciones
Punto de Ajuste. (Set -Point, SP) magnitud predeterminada de una variable de proceso que el controlador trata de mantener. Punto de Prueba. Conexin de proceso en la cual no hay instrumento conectado permanentemente, pero la cual estcolocada para usarse temporal o permanentemente para la conexin futura de un instrumento. Rango. Regin entre cuyos lmites una cantidad se mide, recibe o transmite. Rango de Operacin. (SPAN) Diferencia algebraica entre los valores de ms bajo y ms alto rango. Rango Compensado de Temperatura. Rango de temperaturas sobre el cual el sensor se compensa para mantener el rango de operacin y el balance del cero dentro de los lmites especificados.
106#
Definiciones
Rangeabilidad. La relacin entre los valores de ms alto y ms bajo rango.Relevador. Dispositivo que recibe informacin en la forma de una o ms seales de instrumento, modifica la informacin o su forma o ambas si se requiere, enva una o ms seales resultantes y no es designado como controlador, interruptor o algn otro, el trmino relevador se aplica especialmente tambin a un interruptor elctrico que es actuado remotamente por una seal elctrica. Reluctancia. Oposicin que presenta una sustancia magntica al flujo magntico. Se expresa como la relacin de la diferencia de potencial magntico, al flujo correspondiente.
107#
Definiciones
Repetibilidad. La capacidad de un instrumento de generar una seal de medicin cuya magnitud permanecer dentro de los lmites establecidos de repetibilidad bajo idnticas condiciones de proceso sucediendo en tiempos diferentes. Resolucin. El cambio ms pequeo en la variable de proceso que produce un cambio detectable en la seal de medicin expresado en porcentaje de la escala total. Respuesta. Comportamiento de la salida de un dispositivo como funcin de la entrada, ambos con respecto al tiempo. Reproducibilidad. La exactitud con que un a medicin y otra condicin puede ser duplicada a travs de un periodo de tiempo. Ruido. Perturbaciones externas o cualquier otra seal que no aporta informacin.
108#
Definiciones
Sistema de control distribuido. Un sistema integrado funcionalmente que consiste de subsistemas separados fsicamente y localizados remotamente uno de otro.Sensitividad. (Sensibilidad) La razn de cambio en la salida causada por un cambio en la entrada, despus que se ha alcanzado el estado estacionario. Se expresa como la relacin numrica en unidades de medicin de las dos cantidades establecidas. Seal. Informacin que en forma neumtica, elctrica, digital o mecnica, se transmite de un componente de un circuito de instrumentacin a otro. Tablero. Una estructura que contiene un grupo de instrumentos montados en l y al cual se le da una designacin individual. Pueden consistir de una o ms
109#
Definiciones
casillas, secciones escritorios o paneles. Es el punto de interfase entre el proceso y el operador. Telemetra. La prctica de transmitir y recibir la medicin de una variable para lectura u otros. El trmino se aplica comnmente a sistemas de seal. Termistor. Resistor elctrico cuya resistencia varia con la temperatura.Tiempo de Respuesta. Intervalo de tiempo requerido para que la seal de "-~ medicin de un detector alcance un porcentaje especifico de su valor final como resultado de un cambio de escaln en la variable de proceso. Tiempo Muerto. Intervalo de tiempo entre la iniciacin de un cambio en la entrada y el comienzo de la respuesta resultante.
110#
Definiciones
Transmisor. Dispositivo que detecta el valor de una variable de proceso por medio de un elemento primario (o sensor) y que tiene una salida cuyo valor de estado estacionario varia slo como una funcin predeterminada de la variable de proceso. Elemento primario puede o no ser integral al transmisor. Vlvula de Control. Elemento final de control, a travs del cual, un fluido pasa, que ajusta la magnitud del flujo de dicho mediante cambios en el tamao de su abertura y de acuerdo con la seal que recibe del controlador, y as lograr la accin correctiva necesaria. Variable. Cualquier fenmeno que no es de estado necesario sino que involucra condiciones continuamente cambiantes.
111#
Reglas para la identificacin de instrumentos
a) Cada instrumento o funcin a ser identificado se le designa un cdigo alfanumrico o nmero de identificacin:
TIC-103
b) El nmero del instrumento puede incluir informacin del cdigo de rea o series especficas. Normalmente la serie 900 a 99 puede ser utilizada para instrumentos relacionados con seguridad.
c) Cada instrumento puede representarse en un diagrama por un smbolo que puede acompaarse con una identificacin.
IDENTIFICACINFUNCIONAL
NMERO DEL INSTRUMENTO
112#
Reglas para la identificacin de instrumentos
d) La identificacin funcional del instrumento consiste de letras de acuerdo a la tabla, en donde la primer letra designa la variable inicial o medida y una o mas letras subsecuentes identifican la funcin del instrumento.
TIC
VARIABLE MEDIDA(Temperatura)
FUNCIN(Indicador Controlador)
113#
Identificacin de instrumentos
114#
Combinaciones en la identificacin
115#
Reglas para la identificacin de instrumentos
e) La identificacin funcional del instrumento se realiza de acuerdo a la funcin y no a la construccin (por ejemplo, un transmisor de nivel LT en lugar de un transmisor de presin diferencial PDT).
f) El nmero de letras utilizado debe ser el mnimo para describir al instrumento.
g) Un instrumento multifuncional puede ser simbolizado por ms de un instrumento.
116#
Notas para la identificacin de instrumentos
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 identificacin del instrumento. Ejemplo XR-3 Registrador de Vibracin.
117#
Notas para la identificacin de instrumentos
3. Cualquier letra primera se utiliza con las letras de modificacin D (diferencial), F (relacin) o Q (interpretacin) o cualquier combinacin 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 anlisis, abarca todos los anlisis no indicados en la tabla anterior que no estn cubiertos por una letra libre. Es conveniente definir el tipo de anlisis al lado del smbolo en el diagrama de proceso.
118#
Notas para la identificacin de instrumentos
5.El empleo de la letra U como multivariable en lugar de una combinacin de primera letra, es opcional.
6.El empleo de los trminos de modificaciones alto, medio, bajo, medio o intermedio y exploracin, es opcional.
7.El termino seguridad, debe aplicarse solo a elementos primarios y a elementos finales de control que protejan contra condiciones de emergencia (peligrosas para el equipo o el personal). La designacin PSV se aplica a todas las vlvulas proyectadas para proteger contra condiciones de emergencia de presin sin tener en cuenta las caractersticas de la vlvula y la forma de trabajo la colocan en la categora de vlvula de seguridad, vlvula de alivio o vlvula de seguridad de alivio.
119#
Notas para la identificacin de instrumentos
8.La letra de funcin pasiva vidrio, se aplica a los instrumentos que proporciona una visin directa no calibrada del proceso.
9.La letra indicacin 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 indicacin de sta.
10.Una luz piloto que es parte de un bucle de control debe designarse por una primera letra seguida de la letra sucesiva I. 11.El empleo de la letra U como multifuncin en lugar de una combinacin de otras letras es opcional.
120#
Notas para la identificacin de instrumentos
12.Se supone que las funciones asociadas con el uso de la letra sucesiva Y se definirn en el exterior del smbolo del instrumento cuando sea conveniente hacerlo as.
13.Los trminos alto, bajo y medio o intermedio deben corresponder a valores de la variable medida, no a los de la seal a menos que se indique de otro modo. Por ejemplo, una alarma de nivel alto derivada de una seal de un transmisor de nivel de accin inversa debe designarse LAH incluso aunque la alarma sea actuada cuando la seal cae a un valor bajo.
121#
Notas para la identificacin de instrumentos
14.Los trminos alto y bajo, cuando se aplican a vlvulas, o a otros dispositivos de cierre apertura, se definen como sigue:
Alto: indica que la vlvula esta, o se aproxima a la posicin de apertura completa.
Bajo: Denota que se acerca o esta en la posicin completamente cerrada.
122#
Ejercicio 1
Efectuar la identificacin funcional de los siguientes instrumentos:
a) LICb) PYc) FVd) FQIe) WTf) TEg) AICh) SRi) TAHHj) LSL
123#
Ejercicio 2
Indicar los cdigos alfanumricos de los siguientes instrumentos:
a) Registrador de temperaturab) Convertidor electroneumtico de presinc) Interruptor por bajo nivel de flujod) Totalizador de flujoe) Indicador de velocidadf) Termopozo de temperaturag) Controlador de presinh) Vlvula de control de anlisisi) Alarma por muy alta presinj) Relevador de presin
124#
Tips para numeracin de instrumentos
Utilizar un nmero bsico si el proyecto es pequeo y no hay nmeros de rea, unidad o planta: Nmero bsico FT-2 o FT-02 o FT-002
Si el proyecto tiene pocas reas, unidades o plantas (9 o menos), utilizar el primer dgito del nmero de la planta como el tag: FT-102 (1 = nmero de rea, unidad, o planta)
Si el proyecto es divido en reas, unidades o plantas: FT-102 FT-1102 FT-111002
125#
Algunos proyectos utilizan una secuencia numrica para cada variable de proceso: FIC-001, FIC-002, FIC-003, etc. LIC-001, LIC-002, LIC-003, etc. PIC-001, PIC-002, etc.
Algunos proyectos predeterminan bloques de nmeros: Para indicadores, PI-100 a 300 o TI-301 a 400 Para dispositivos de seguridad, PSV-900 a 999
Tips para numeracin de instrumentos
126#
Algunos proyectos utilizan una secuencia numrica recta: FT-1, FIC-1, FV-1 LT-2, LIC-2, LV-2 FT-3, FR-3
La mayora de los proyectos utilizan los sufijos A y B si dos instrumentos en el mismo lazo tienen identificaciones idnticas: PV-006A, PV-006B
Tips para numeracin de instrumentos
127#
Smbolos generales de instrumentos
LOCALIZACINPRIMARIA
*** NORMALMENTEACCESIBLE AL
OPERADOR
MONTADO EN CAMPO
LOCALIZACINAUXILIAR
*** NORMALMENTEACCESIBLE AL
OPERADOR
INSTRUMENTOS DISCRETOS
MONITOREO COMPARTIDOCONTROL COMPARTIDO
FUNCINDE COMPUTO
CONTROL LGICOPROGRAMABLE
1 2 3
4 5 6
7 8 9
10 11 12
128#
Smbolos de instrumentos
LOCALIZACINPP En lnea de procesoLO En campo, localPNB En tablero principal de controlBPNB Parte posterior del tableroPNBL En tablero de control local
SUMINISTROSSA Suministro de aireSE Suministro elctricoSG Suministro de gasSH Suministro hidrulicoSN Suministro de nitrgenoSS Suministro de vaporSW Suministro de agua
LI
2702
SA
129#
Bloques de funciones de instrumentos
130#
Simbologa de lneas en los diagramas
(1) SUMINISTRO A PROCESO * O CONEXIN A PROCESO
(2) SEAL NO DEFINIDA
(3) SEAL NEUMTICA **
(4) SEAL ELCTRICA
(5) SEAL HIDRALICA
(6) TUBO CAPILAR
(7) SEAL SNICA O ELECTROMAGNTICA (GUADA)***
(8) SEAL SNICA O ELECTROMAGNTICA (NO GUADA)***
(9) LNEA DE SISTEMA INTERNO (LNEA DE DATOS O DE SOFTWARE)
(10) LINEA MECNICA
(11) SEAL NEUMTICA BINARIA
(12) SEAL BINARIA ELCTRICA
SMBOLOS BINARIOS OPCIONALES
131#
Simbologa de vlvulas
132#
Accin del actuador a falla de energa
ABRE A FALLA CIERRA A FALLA CIERRA A FALLA
A VA A-C
ABRE A FALLA VAS A-C Y D-B
SE BLOQUEA A FALLA(LA POSICIN NO CAMBIA)
POSICIN INDETERMINADAA FALLA
133#
Ejemplos de simbologa de
elementos primarios de
flujo
134#
Ejemplos de relevadores de cmputo
135#
Diagrama esquemtico
136#
Diagrama esquemtico
137#
Diagramas de lazo y el ndice de instrumentos
Aunque los DTIs son muy importantes, no contienen toda la informacin necesaria. Los documentos bsicos que complementan la informacin del DTI son:
- Diagramas funcionales de instrumentacin o diagramas de lazo.
- Indice de instrumentos.
138#
Diagrama funcional de instrumentacin o de lazo
Es un diagrama que muestra todos los dispositivos en un lazo especfico utilizando la simbologa que identifica las interconexiones, e incluye nmero e identificacin de conexiones, tipo de cables y tamaos, tipos de seal, etc.
La mayora de la gente considera que el diagrama funcional de instrumentacin es el documento ms importante para un instrumentista.
Siempre que se requiera la localizacin de fallas, el diagrama funcional de instrumentacin es un documento muy valioso, ya que contiene suficiente informacin para combrobar o verificar averas en ese lazo, ya que no slo contiene el diagrama de cableado, sino que muestra todos los dispositivos conectados a ese lazo.
139#
Usos Diseo Construccin Puesta en marcha Operacin Mantenimiento Modificaciones
Tipos Neumtico Electrnico Despelgados compartidos
Diagrama funcional de instrumentacin o de lazo
140#
Ejemplos de diagramas funcionales de instrumentacin
FIC301J100
J 11 0
A8
A9
51
XJA 11
12
13
1
2
3
+
-
FE 301
FT 301
A8
A9 UJA
14
15
6
7
+
-
FV 301 FY
301 O S
AS 20 PSIG
CTB 1
CTB 2
Cable50-1-1
Cable50-1-2
Cable-3B
PR-14
PR-15
PR-1
PR-2
Shield BendBack & Tape
Shield BendBack & Tape
JB30
JB40
rea de proceso en campo rea de cableado Gabinete Consola
Cable -4A
Setpoint
141#
Indice de instrumentos
El ndice de Instrumentos es una lista alfanumrica de todos los instrumentos que se muestran en el DTI, proporcionando los datos para la instalacin, la puesta en marcha, el mantenimiento y las modificaciones.
Los datos incluidos en el ndice de instrumentos vara y depende de la complejidad de la instrumentacin de las plantas.
Bsicamente el ndice de instrumentos debe incluir el tag, la descripcin, la localizacin fsica, la referencia cruzada con otros documentos asociados o dibujos. El ndice de instrumentos es una herramienta muy til para proyectos futuros si es actualizada.
142#
Indice de instrumentos tpico
143#
Indice de instrumentos tpico
Tag # Desc. DTI # Ultima Calib.
Calib. por
Fecha Cal. esperada
Rango de Calib.
Peligros
LI-50 VS. 50 H2s 103 Aug 01 AWS Aug 02 0-75 H2O
H2S
LAL-50 VS. 50 H2S Alarma en nivel bajo
103 Aug 01 AWS Aug 02 10H2O H2S
LSLL-50
VS. 50 H2S Switch en nivel bajo
103 Aug 01 AWS Aug 02 5H2O H2S
LT-100 VS. 100 - K.O. Drum 103 May 02 DAL Nov 02 0-125 H2O
LI-100 VS. 100 - K.O. Drum 103 May 02 DAL Nov 02 0-100% --
LT-201 VS. 201 Columna de destilacin
205 Nov 02 BJP Feb 03 0-164 H2O
N2 Blanket
LIC-201 VS. 201 Columna de destilacin
205 Nov 02 BJP Feb 03 0-100%
144
Standards
Certification
Education & Training
Publishing
Conferences & Exhibits
INSTRUMENTACIINSTRUMENTACIN N BBSICA DE PROCESOS SICA DE PROCESOS INDUSTRIALESINDUSTRIALES
CAPCAPTULO 3TULO 3
MEDICIMEDICIN DE TEMPERATURAN DE TEMPERATURA
M. en C. Armando Morales Snchez16, 17 y 18 de mayo del 2007
145#
El Lazo de control
ELEMENTOFINAL DE CONTROL
PROCESOELEMENTOPRIMARIO
DE MEDICION
CONVERTIDOR O TRANSDUCTOR TRANSMISOR
PERTURBACIONES
PUNTO DE AJUSTE
VARIABLE
CONTROLADA
VARIABLE
MANIPULADA
CONTROLADORm(t)
c(t)
d(t)
e(t)=R(t)-c(t)
R(t)
146#
Elemento primario de medicin
El elemento primario de medicin, detector o sensor es un instrumento, que puede formar parte de un lazo de control, que primero detecta o sensa el valor de la variable de proceso y que asume un estado o salida legible, correspondiente y predeterminado.
Contempla generalmente dos partes: un sensor o elemento primario de medicin que mide la variable controlada c(t), a la que se llamar ms adelante como variable de proceso PV, y la transforma a un tipo diferente de energa.
147#
Elemento primario de medicin
Las seales elctricas estndar manejadas son: 4-20 mA.C.D., 0-5 V.C.D. y 0-10 V.C.D. As por ejemplo, si se desea medir una temperatura de 0-700oC, la seal de 4 mA. corresponder a 0oC. y la seal de 20 mA. corresponder a 700oC.
La razn bsica de la seal estndar es utilizar solamente un solo tipo de controlador universal que se aplique a cualquier variable de proceso (temperatura, flujo, nivel, presin, peso, densidad, conductividad, etc.).
En algunos casos, el elemento primario de medicin y el transmisor vienen en un solo instrumento, como es el caso de los transmisores de presin.
148#
El Controlador
Su funcin es fijar la variable controlada c(t) en un valor deseado R(t), conocido como punto de ajuste o setpoint, mediante la manipulacin de su salida o variable manipulada m(t) a travs de un actuador que interacta directamente en el proceso. Este controlador en su entrada y salida maneja tambin seales elctricas estndar e incluyen internamente el comparador o generador de la seal de error.
149#
El Elemento Final de Control
Convierte la seal estndar recibida por el controlador en una seal adecuada para interactuar con el proceso y asmodificar o mantener el valor de la variable controlada. Normalmente contempla dos partes: un transductor y un elemento final de control. Por ejemplo, si el elemento final utilizado es una vlvula de control, se requiere un transductor que convierta la seal elctrica de 4-20 mA.C.D. en una seal de aire con una presin de 3-15 PSIG (lb/pulg2).
150#
Medicin de temperatura
" La Temperatura es una manifestacin del promedio de energa cintica, ondulatoria y de traslacin de las molculas de una sustancia".
Las unidades de temperatura son establecidas en cinco escalas arbitrarias: escala Farenheit rF, escala CentigradarC, escala Kelvin K, escala Rankine rR y escala ReamurrR
La conversin ms comn es de rC a rF.
rC= (rF-32)/1.8rF=1.8 rC +32
151#
Escalas de temperatura
Escala Cero Absoluto
Fusin del Hielo
Evaporacin
Kelvin 0K 273.2K 373.2K
Rankine 0R 491.7R 671.7R
Reamur -218.5Re 0Re 80.0Re
Centgrada -273.2C 0C 100.0C
Fahrenheit -459.7F 32F 212.0F
152#
Escalas de Temperatura: Ms comunes
Fahrenheit El agua se congela a 32F, y hierve a 212F
A nivel del mar
Celsius (centigrados antes de 1948) El agua se congela a 0C, hierve a 100C
A nivel del mar
F= (C x 1.8) + 32 C= 5/9 (F -32)
153#
Escalas de Temperature: Absolutas
Escala-Kelvin Termodinamica El movimiento molecular se detiene a 0K El agua se congela a 273.15K, hierve a 373.15K K=C + 273.15
Las unidades grados tienen el mismo tamao que la escala en Celsius
Escala de temperatura Internacional de 1990
Rankine: El paralela a la escala termodinmica pero en unidades grados
tiene el mismo tamao que en la escala Fahrenheit R=F + 459.64
154#
Uso de la medicin de temperatura
La deteccin, medicin y control de temperatura en procesos industriales es deseada en los siguientes casos:
-En operaciones que involucran transferencia de calor, como los intercambiadores de calor, hornos, rehervidores, evaporadores o calderas.
- Control de reacciones qumicas sensibles a la temperatura.
- Operacin de equipos, como torres de destilacin, tanques de almacenamiento, torres de enfriamiento, mezcladores, cristalizadores, etc.
155#
Uso de la medicin de temperatura
- Monitoreo del funcionamiento de equipo rotatorio, para prevenir calentamiento, como turbinas, compresores, bombas y motores en general.
- Control de temperatura de productos y lmites de planta.
156#
Medicin inferencial de temperatura
Los instrumentos de temperatura utilizan diversos fenmenos que son influidos por la temperatura:
a) Variaciones en volumen o en estado de los cuerpos (Termmetros de vidrio y bimetlicos, sistemas termales);
b) Variacin de resistencia de un conductor (Bulbos de resistencia RTD, termistores);
c) Generacin de una f.e.m. creada en la unin de dos metales distintos (termopares);
d) Intensidad de la radiacin total emitida por el cuerpo (pirmetros de radiacin);
e) Otros fenmenos utilizados en laboratorio (velocidad del sonido en un gas, frecuencia de resonancia de un cristal, etc.)
157#
Termmetros
TERMMETROS
DE VIDRIO BIMTALICOS
CLNICOS INDUSTRIALES
158#
Termmetros de vidrio
El termmetro de lquido encerrado son los ms familiares y constan de un depsito de vidrio que contiene, por ejemplo, mercurio y que al calentarse se expande y aumenta su volumen en el tubo capilar.
Su bulbo, relativamente grande en la parte ms baja del termmetro, contiene la mayor cantidad del lquido, el cual se expande cuando se calienta y sube por el tubo capilar en el cual se encuentra grabada una escala apropiada con marcas.Los lquidos ms usados son alcohol y mercurio.
El mercurio no puede usarse debajo de su punto de congelacin de -38.78F (-37.8C) y por arriba de su punto de ebullicin a 357 oC, con la ventaja de ser porttil.
159#
Termmetros de vidrio
Mercurio...........................................................-35 hasta +280 CMercurio (tubo capilar lleno de gas).................-35 hasta+450 CPentano...........................................................-200 hasta +20 CAlcohol............................................................-110 hasta +50CTolueno.......................................................... -70 hasta +100C
El alcohol tiene un coeficiente de expansin ms alto que el del mercurio pero esta limitado a mediciones de baja temperatura, hasta -110 oC, debido a que tiende a hervir a temperaturas altas, su punto de ebullicin es a 78 oC.
160#
Termmetro bimetlico
Los termmetros bimetlicos se basan en el coeficiente de dilatacin de dos metales diferentes, tales como latn, monel o acero y una aleacin de ferronquel o Invar laminados conjuntamente. La diferencia en la relacin de coeficiente de expansin de cada metal provoca que el elemento bimetlico se doble. Las lminas bimetlicas van unidas y pueden ser rectas o curvas, formando espirales o hlices.
161#
Fixed End
Free End Attachedto Pointer Shaft
Rotating Shaft
Bulb
5 67
89
10
43
21
0
Bulbo
Extremo fijo
Extremo libre conectado al eje del indicador
Eje giratorio
Termmetro bimetlico
FREE END
FIXED END
HIGH EXPANSIONCOEFFICIENT
LOWEXPANSIONCOEFFICIENT
FREE END
FIXED END
EXTREMO LIBRE
EXTREMO FIJOEXTREMO FIJO
EXTREMO LIBRE
ALTOCOEFICIENTEDE EXPANSIN
BAJOCOEFICIENTEDE EXPANSIN
Cuando se unen los dos metales y enredados en espiral, la expansin provoca que el lado libre rote. Este es un instrumento relativamente barato, pero es inexacto y lento en relacin a su respuesta.
162#
Termmetro bimetlico
Este instrumento contiene pocas partes mviles, slo la aguja indicadora sujeta al extremo libre de la espiral o de la hlice y el propio elemento bimetlico. El eje y el elemento estn sostenidos con cojinetes y el conjunto est construido con precisin para evitar rozamientos. La precisin del instrumento es de 1% y su campo de medida (rango) es de 200 a +500 C.Este instrumento es el indicador local de temperatura mas comnmente utilizado.
163#
Sistemas Termales
Este es uno de los mtodos ms antiguos utilizados para indicacin local, registro y control y actualmente su uso se limita a transmisores, sobretodo en lazos neumticos. Bsicamente es un medidor de presin que consiste de:
- Un bulbo sensitivo, inmerso en el medio a medir.
- Un tubo capilar conectado del bulbo al dispositivo de lectura para que cuando la temperatura del bulbo cambia, el gas o el lquido en el bulbo se expanden y la espiral tiende a desenrollarse moviendo,
- Un dispositivo indicador actuado por presin para efectuar la indicacin de temperatura.
164#
Mecanismo del sistema termal
bulbo
capilar
Dispositivo indicador
165#
Compensacin del sistema termal
Uno de los problemas bsicos de este sistema es el error inducido por las variaciones en la temperatura ambiente, por lo que requiere una compensacin.
La compensacin puede ser de dos tipos: En caja por medio de un elemento bimetlico que tiende a anular los efectos de la temperatura ambiente sobre el receptor; y Total por medio de otro capilar paralelo que este sometido a los mismos efectos y los contrarresta, sobretodo cuando la extensin del capilar es considerable
166#
Compensacin del sistema
167#
Clasificacin del sistema termal
De acuerdo a la Asociacin de Fabricantes de Aparatos Elctricos (SAMA) existen cuatro grupos de acuerdo al fluido de llenado y al rango:
- Clase I Llenado con lquidos (cambios de volumen)- Clase II Llenado con vapor (cambios de presin)- Clase III Llenado con gas (cambios de presin)- Clase V Llenado con mercurio (cambios de volumen)
El rango de medicin de estos instrumentos vara entre 40 hasta +500 C, dependiendo del tipo de lquido, vapor o gas que se emplee.
168#
Comparacin de los sistemas termales
NO USO EN CONTROLPARA CONTROL-270 A 160TOTAL
GASIIIB
NO USO EN CONTROLSIN COMPLINEAL-270 A 160TOTAL
GASIIIA
MANEJO DE HG150 %-40 A 640TOTAL
MERCURIOVA
MANEJO DE HG-40 A 640EN CAJA
MERCURIOVB
NO LINEAL
NO LINEAL
NO LINEAL
LINEAL EXCEPTO A
BAJA T
LINEAL EXCEPTO A
BAJA T
LINEALIDAD DE LA ESCALA
NINGUNO
NECESARIO COMPENSAR
NECESARIO COMPENSARLO
DEBE SER COMPENSADO
EFECTO DE LA COLUMNA
HIDROSTATICA
NO
150%
150%
150%
CAPACIDAD DE
SOBRERANGO
NO COMP. POR T AMB.
NO COMP. POR T AMB.
CAPILARES GRANDES
CAPILARES GRANDES
COSTO MENOR
VENTAJAS
4 A 5 s
4 A 5 s
4 A 5 s
6 A 7 s
6 A 7 s
6 A 7 s
VELOCIDADRESPUESTA SIN
TERMOPOZO
NO
EN CAJA
EN CAJA
EN CAJA
TOTAL
NO COMPEN
SADO
COMPENSACION
0 A 185
0 A 350
0 A 350
-90 A 370
-90 A 370
-90 A 370
TEMPERATURA
oC
NO TIENE SOBRECARGA
VAPOR IIC
VAPORIIB
VAPORIIA
DIFICIL EN T AMBIENTE
LIQUIDO1B
ESCALA LINEAL
CAPILAR CORTO,
LIQUIDO1A
LIMITACIONESFLUIDO DE LLENADO
CLASIFICACION SAMA
Caractersticas
169#
Caractersticas de los sistemas termales
Voluminoso, tiempo de respuesta lento, capilar sensible (requiere proteccin)
El tamao del sensor es mayor que los sensores elctricos.Varios sistemas se pueden instalar en una sola caja
La sensitividad y exactitud son comparativamente mas bajos que la mayora de los sensores elctricos.
Amplia variedad de grficas de registro disponible
La falla del bulbo o del capilar implica el reemplazo total del sistema.El sistema es autocontenido y no necesita alimentacin de energa para su
funcionamiento
No adecuados para temperaturas arriba de 750 oCCosto inicial relativamente bajo
Requiere seal de transmisin, si esta localizado a mas de 50 m del sistema
Principio de operacin simple
El costo de reemplazo es mas alto que en la mayora de los sistemas elctricos
Construccin robusta
LIMITACIONESVENTAJAS
170#
El termopar es uno de los mtodos ms simples para medir temperatura. En 1821 Seebeck seal que si se unan dos metales distintos por sus extremos y si se someten a temperaturas diferentes, entre las uniones aparecen fuerzas electromotrices generadas queestn en funcin de la diferencia de temperaturas en la unin y del tipo de metal utilizado para fabricar la unin. La ecuacin que se cumple es:
FEM (mV) = a + bT + cT2
En su forma ms simple, un termopar consiste de dos alambres, cada uno hecho de un metal homogneo diferente o aleacin. Los alambres son unidos en un extremo para formar una junta de medicin. Esta junta de medicin es expuesta al medio a ser medido. El otro extremo de los alambres van usualmente a un instrumento de medicin, donde forman una junta de referencia. Cuando las dos juntas estn a diferentes temperaturas, se producir una f.e.m. (fuerza electromotriz).
Termopar
171#
Termopar
Metal A (+)
Metal B (-)Zona de Temperatura T1
Zona de Temperatura T2
T1 T2
FEM = E
Junta de medicin
(junta caliente)
Junta de referencia (junta fra)
172#
La fem en la junta caliente es manifestacin del Efecto Perlier, este efecto involucra la liberacin o absorcin de calor en la unin cuando fluye corriente a travs de el y de la direccin del flujo depende si el efecto es de calentamiento o enfriamiento.
En el efecto Thompson se desarrolla una segunda fem, debido al gradiente de temperatura de un conductor sencillo y homogneo.
Efectos en el termopar
173#
1. En un circuito formado por un solo metal, la FEM generada es cero, cualquiera que sean las temperaturas.
2. Si se interrumpe un circuito termoelctrico en una de sus uniones intercalndose un nuevo metal, la FEM generada por el circuito no cambia a condicin de que los extremos del nuevo metal sean mantenidos a la misma temperatura que haba en el punto de interrupcin y de que la temperatura en la otra unin permanezca invariable.
3. En un circuito formado por dos metales diferentes la FEM generada es diferente de cero, siempre y cuando las temperaturas sean diferentes en la unin caliente con respecto de la unin fra.
Leyes de la Termoelectricidad
174#
Compensacin por junta fra
Junta de medicin y de referencia (industrial)
Junta de medicin y de referencia (laboratorio)
JUNTA DE MEDICIN
T1
T2 JUNTA DE REFERENCIA
AL INSTRUMENTODE MEDICINBAO DE
HIELO
ALAMBRESDE COBRE
ALAMBRE DE HIERRO
ALAMBRE DE CONSTANTANO
JUNTA DEMEDICIN
INSTRUMENTOT1 TERMOPAR
+
-
JUNTA DEREFERENCIA
Para prevenir errores por efectos de la junta fra, se efecta una compensacin, por medio de un bao de hielo o por medio de circuitos compensadores que suministran una femconstante.
175#
Oxidante o reductora
Oxidante
Oxidante
Oxidante
Reductora, no corrosivos
Oxidante
Oxidante
Inerte, ligeramente oxidante
Atmosfera recomendada
-190 a 400
-18 a 1760
-18 a 1700
-190 a 1370
-195 a 760
-195 a 900
1650 a 2315
0 a 1860
Rango qC
Buena
Buena
Buena
El mas lineal
Buena, lineal de 150 a 450
Buena
Buena
Buena debajo de 500
Linealidad
Temperatura limitadaCobre (+)
Constantano (-)T
Rango de temperaturaPlatino 10% Rodio (+)
Platino (-)S
Pequeo, respuesta rapida
Platino 13% Rodio (+)Platino (-)
R
Alta resistencia a la corrosion
Cromo (+)Alumel (-)
K
El mas economicoAcero (+)
Constantano (-)J
Alta resolucion mV/oCCromo (+)
Constantano (-)E
Alto costoW5Re Tungsteno 5% Rhenium (+)W26Re Tungsteno 26% Rhenium
C
Alto costoPlatino 30%, Rodio (+)Platino 6%, Rodio (-)
B
CaractersticasMaterialesTipo de Termopar
Materiales de construccin
176#
Materiales de construccin
Tipos de termopares
Relacin de temperatura vs F.E.M. del termoparTEMPERATURA
F .E .
M. M
I LI V
OL T
S
2 4 6 8 10 12 14 16 18
70
60
50
40
30
20
10
0
E
JK
R
S
BT
TIPO DENOMINACIN SIMBOLO MATERIAL SIMBOLO MATERIALT COBRE-CONSTANTANO TP COBRE TN CONSTANTANOJ FIERRO-CONSTANTANO JP FIERRO JN CONSTANTANOE CROMEL-CONSTANTANO EP CROMEL EN CONSTANTANOK CROMEL-ALUMEL KP CROMEL KN ALUMELS PLATINO-Pt 10% RH SP PLATINO10% RH SN PLATINOR PLATINO-Pt 13% RH RP PLATINO13% RH RN PLATINOB Pt 30% RH-Pt 6% RH BP PLATINO 30% RH BN PLATINO 6% RH
POSITIVO NEGATIVO
177#
Formas de conexin de termopares
Medicin diferencial de temperatura con dos termopares
+
-
+
-
-
+
TERMOPARES
CONEXIONES
CAJA DECONEXINES
CABLES DEEXTENSIN
INSTRUMENTO
CABLES DE COBRE
T1
T2
T = T1-T2
Termopares en paralelo
+
-
+
-
TERMOPARES
CONEXIONES CAJA DECONEXINES
CABLES DEEXTENSIN
INSTRUMENTO
T1
T2
T = (T1+T2)/2
+
-
178#
Formas de conexin de termopares
Conexiones correcta del termopar
+
-
+
-
HIERRO
CONSTANTANOJUNTA DE
REFERENCIAT3
CABLES DE EXTENSIN
INSTRUMENTO
T1
BLOQUE DECONEXIONES
T2
HIERRO
CONSTANTANO
Conexiones incorrecta del termopar
+
-
+
-
HIERRO
CONSTANTANOJUNTA DE
REFERENCIAT3
CABLES DE EXTENSIN
INSTRUMENTO
T1
BLOQUE DECONEXIONES
T2
HIERRO
CONSTANTANO
179#
Cables de extensin de termopares
Los cables de extensin deben ser especficos para el tipo de termopar utilizado, aunque para una transmisin a gran distancia puede utilizarse cobre, cuidando la temperatura y composicin homognea del conductor.
180#
Aspectos a cuidar en los termopares
1. Puntos de fusin.2. Reacciones en varias atmsferas.3. Salida termoelctrica combinada.4. Conductancia elctrica.5. Estabilidad.6. Repetibilidad.7. Costo.8. Facilidad de manejo y fabricacin.
181#
Ventajas y desventajas en los termopares
Ventajas:Determinacin de la temperatura se realiza prcticamente
en un puntoLa capacidad calorfica de un termopar puede ser muy
pequea, con lo que la respuesta a las variaciones de temperatura sera muy rpida.
La salida del sensor es una seal elctrica producida por el mismo termopar y por tanto no es necesario alimentarlo con ninguna corriente exterior
Desventajas:Es necesario mantener la unin de referencia a una
temperatura constante y conocida pues la incertidumbre en la temperatura de referencia produce una del mismo orden en la medida.
182#
Caractersticas de los termopares
En sistemas de control digital requieren tarjetas especiales de entrada
No tiene partes mviles
Se deben escoger los materiales adecuados para resistir atmsferas oxidantes y reductoras
Tamao pequeo y construccin robusta
Baja exactitud cuando se compara con los RTDsBuena exactitud y velocidad de respuesta
Los voltajes en los conductores pueden afectar la calibracinFcil calibracin y reproducibilidad
Susceptibles a ia induccin de ruidosAmplio rango desde 0 absolutos hasta 2500 oC
Su lectura no es tan directa y se requiere procesamiento en su indicacin
Largas distancias de transmisin son posibles
Se deben evitar altos gradientes de temperaturaLa salida elctrica es apropiada para accionar dispositivos de indicacin y control
Sujetos a envejecimiento y contaminacin de la junta calienteAmplia variedad de diseos comerciales disponibles
Relacin de voltajetemperatura no linealRelativamente baratos
LIMITACIONESVENTAJAS
183#
Termopozo
El termopozo se utiliza como elemento de proteccin del termopar y generalmente viene asociado con este.
184#
Termopozo tipo roscado
185#
Termopozo tipo bridado
186#
Termopozo tipo Van Stone
187#
Rangos de P y T de termopozos
80 200 400 600 800 1000TEMPERATURA, oF
P RE S
I N
, PS I
5000
4000
3000
2000
1000
0
NIQUEL
HIERRO FUNDIDO
MONEL
ALUMINIO
COBRE
BRONCE
ACERO DE BAJO CARBON
ACERO INOXIDABLETIPOS 304, 316
188#
Tipos de termopares con su termopozo
Tipo ICabeza, conector tubulary tubo protector cermico
Tipo HCabeza, conector doble roscay tubo protector cermico
Tipo GCabeza, nipple, tuerca uninnipple y termopozo bridado
Tipo FCabeza, nipple, tuerca uninnipple y termopozo roscado
Tipo ECabeza, nipple de extensiny termopozo bridado
Tipo DCabeza, nipple de extensiny termopozo roscado
Tipo CCabeza y tubo protectorcon brida de montaje
Tipo BCabeza y tubo protectorcon buje de montaje
Tipo ACabeza y tubo protector
Un diseo para cada aplicacin
ESPECIFICAR:- Calibracin- Materiales
- Dimensiones- Otros accesorios
189#
Instalacin del termopozo
(A) NORMAL
(B) ANGLED
(C) IN ELBOW
(A) NORMAL
(B) ANGULADO
(C) EN CODO
190#
El RTD o bulbo de resistencia es un medidor de la variacin de la resistencia en funcin de la variacin de la temperatura y solo se debe disponer de un alambre bobinado de metal puro, que permita tener una resistencia alta. La ecuacin que lo rige, de acuerdo a Siemens en 1871, es:
donde R0 es la resistencia a la temperatura de referencia en ohms (), Rt es la resistencia a la temperatura en , aes el coeficiente de temperatura del material y b, c son coeficientes calculados.
Detectores de Temperatura tipo resistencia (RTD)
Rt = R0 (1 + aT + bT2 + cT3)
191#
El elemento consiste en un arrollamiento de hilo muy fino del conductor adecuado, bobinado entre capas de material aislante y protegido con un revestimiento de vidrio o cermica.
El material que forma el conductor, se caracteriza por el "coeficiente de temperatura de resistencia" este se expresa en un cambio de resistencia en ohmios del conductor por grado de temperatura a una temperatura especfica. Para casi todos los materiales, el coeficiente de temperatura es positivo, pero para otros muchos el coeficiente es esencialmente constante en grandes posiciones de su rango til.
Detectores de Temperatura tipo resistencia (RTD)
192#
Alto coeficiente de temperatura de la resistencia, ya que de este modo el instrumento de medida ser muy sensible.
Alta resistividad, ya que cuanto mayor sea la resistencia a una temperatura dada, mayor ser la variacin por grado; mayor sensibilidad.
Relacin lineal resistencia-temperatura. Rigidez y ductilidad, lo que permite realizar los procesos
de fabricacin de estirado y arrollamiento del conductor en las bobinas de la sonda a fin de obtener tamaos pequeos (rapidez de respuesta).
Caractersticas de los materiales que forman el conductor de la resistencia
193#
El metal que presenta una relacin resistencia-temperatura altamente estable es el Platino. Otros metales utilizados es el nquel (poco lineal), tungsteno (temperaturas mayores a 100oC) y cobre (bajo rango).
Detectores de Temperatura tipo resistencia (RTD)
RTD
Platino Nquel Tugsteno
194#
Curvas de respuesta de RTD
195#
Es el material ms adecuado por su precisin y estabilidad, con el inconveniente de su costo. En general el RTD de Ptutilizada en la industria tiene una resistencia de 100 ohms a 0 C, y por esta razn, y por las ventajosas propiedades fsicas del Pt fue elegido este termmetro como patrn para la determinacin de temperaturas entre los puntos fijos desde el punto del O2 (-183 C) hasta el punto de Sb (630 C).
Con un termmetro de este tipo convenientemente graduado, se pueden hacer medidas con una exactitud de 0,01 C y cambios de temperatura de 0,001 C pueden medirse fcilmente.
RTD de Platino
196#
Los arrollamientos estn protegidos contra desperfectos por tubos de metal y dispuestos de manera que permiten rpido intercambio de calor en el arrollamiento y el el tubo. El RTD de platino opera en un rango de -200 oC a 600 oC.
RTD de Platino
197#
Es un alambre fino embobinado en un ncleo de mica, vidrio u otro material, protegido por una cubierta, relleno de xido de magnesio o xido de aluminio
Construccin del RTD de platino
198#
Mas barato que el Pt y posee una resistencia ms elevada con una mayor variacin por grado, el inters de este material lo presenta su sensitividad, aunque no es lineal, ya que en el intervalo de temperatura de 0 a 100 C, la resistencia de Nquel aumenta en un 62% mientras que el Pt solo aumenta en un 38%.
Sin embargo los problemas relativos a su oxidacin u otro tipo de deterioro qumico, limitan su utilizacin e incluso ponen en peligro la reproducibilidad de sus medidas.
Otro problema aadido es la variacin que experimenta su coeficiente d