6851050 Curso Isa Presentation Instrumentacion Basica 120603084225 Phpapp02

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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

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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#


71#


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#


de instrumentos

(ISA S20)

75#


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


Publishing



CAPCAPTULO 2TULO 2

SIMBOLOGSIMBOLOGAA


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#


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#


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#


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#


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#


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#


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#


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


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


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


Publishing



CAPCAPTULO 3TULO 3

MEDICIMEDICIN DE TEMPERATURAN DE TEMPERATURA


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.


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).


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

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