INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL 1. Introducción 2. Instrumentos en un sistema de control 3. Elementos de un sistema de control 4. Transmisores y Controladores 5. Diagramas de Instrumentación

Automatización Industrial Ing. John Jairo Piñeros

1. Introducción ¿Cuáles son las funciones de un profesional que se desempeñe en área de instrumentación y/o Automatización?

• Seleccionar instrumentos • Especificar instrumentos • Generar planos de instrumentación • Diagramas de Tuberías e Instrumentación (P&ID). • Diagramas de lazos de control. • Diagramas de instalación (mecánicos y eléctricos). • Supervisar la instalación, arranque y puesta en marcha de sistemas

de instrumentación. • Mantenimiento de instrumentos.

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Fase de Diseño

Introducción Ing. John Jairo Piñeros

Ingeniería Conceptual

Identifican Necesidades

Definen Objetivos

Plantean Soluciones

Estudio factibilidad técnica y Económica

Ingeniería Básica

Especificaciones Técnicas instrumentación

Diagramas Instrumentación

Ingeniería de detalle

Dctos instalación y arranque instrumentos

Diagramas finales de Instrumentación, control

Diagrama de Bloques - Componentes • PROCESO: Ambiente, entorno o sistema cuya evolución o estado ha de ser controlado.

• MEDIDA: Proceso empírico y objetivo de asignación de números a las cualidades de los objetos o acontecimientos

del mundo físico real.

• SENSOR: Transforma una señal mecánica en una eléctrica

• DETECTOR ERROR: Efectúa la comparación entre la variable de referencia y la variable a controlar.

• CONTROLADOR: Realiza una acción determinada en función del detector de error.

• ELEMENTO FINAL CONTROL: Ejecuta una acción determinada sobre la variable controlada o proceso en función de la respuesta del controlador. Representado por electroválvulas, motores, lámparas, relés, etc.

• ACTUADOR: Elemento intermedio entre el controlador y el elemento final. Proporciona la energía que necesita el elemento final a partir de la señal (baja en energía) procedente del controlador.

Conceptos básicos Ing. John Jairo Piñeros

PROCESO: Ambiente, entorno o sistema cuya evolución o estado ha de ser controlado.

una variable a controlar - proceso uni-variable varias variables a controlar - proceso multivariable (planta)

Diagrama de Bloques

Conceptos básicos Ing. John Jairo Piñeros

Medida

Proceso

Sensor Detector

Error

Controlador

Elemento Final de control

Actuador

Diagrama de Bloques - Componentes

Conceptos básicos Ing. John Jairo Piñeros

SP: set point o referencia.

C: variable a controlar o controlada.

V: Valor deseado.

M: variable manipulada.

E: Error (set point – Variable medida Cm)

Diagrama de Bloques - ejemplo Un proceso controlado tiene por lo menos un lazo de control.

Conceptos básicos Ing. John Jairo Piñeros

Diagrama de Bloques – Proceso de Medida

Comparación de la variable con una unidad estándar o patrón de medida. Puede ser directa o indirecta (variable intermedia)

Conceptos básicos Ing. John Jairo Piñeros

Diagrama de Bloques – Ejercicio No. 1

Conceptos básicos Ing. John Jairo Piñeros

• Control de nivel al setpoint Nsp. • Control de Tº al setpoint Tsp. • Control del caudal de salida al setpoint Qsp.

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Normalmente un sistema de control opera formando un lazo o bucle (ABIERTO O CERRADO) en el que se mide el valor de una variable, se compara con un punto de consigna o valor deseado (set point, SP) y se toma una acción de corrección de acuerdo con la desviación o error existente.

TIPOS DE CONTROL

ON – OFF

CONTROL ANALÓGICO CONTROL DIGITAL

Instrumentos en un sistema de control Ing. John Jairo Piñeros

Sistema de control

Control ON-OFF 1. El control On-Off es la forma mas simple de controlar.

2. Es comúnmente utilizado en la industria

3. Muestra muchos de los compromisos fundamentales inherentes a todas las soluciones de control.

La entrada no cambia tan

rápidamente pero El precio que

pagamos es una oscilación (o ciclo

lımite) en la temperatura de salida.

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Control Análogo - PID

Instrumentos en un sistema de control Ing. John Jairo Piñeros

Control Análogo - PID

Instrumentos en un sistema de control Ing. John Jairo Piñeros

Control Digital - PWM Los parámetros fundamentales del PWM son el periodo (T) y el ciclo de trabajo (D). El ciclo de trabajo indica el tiempo que la función vale uno respecto al tiempo total (el periodo)

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Elementos de un sistema de control

Elementos de un sistema de control Ing. John Jairo Piñeros

Elementos de un sistema de control SENSOR: Un elemento primario es aquel que responde cuantitativamente a una medida, por ejemplo, un resorte responde a una fuerza según su elongación. TRANSMISOR: Son instrumentos que captan la variable medida a través de un sensor, y la convierten en una señal estándar para su transmisión, la cual es sólo función de la variable medida.

MEDIDAS ESTANDAR

Elementos de un sistema de control Ing. John Jairo Piñeros

Conexión Transmisores Eléctricos

Elementos de un sistema de control Ing. John Jairo Piñeros

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Controladores

Controladores y Transmisores Ing. John Jairo Piñeros

Existen fundamentalmente dos tipos de controladores, los continuos o de regulación y los secuenciales. Los controladores continuos están constantemente comparando el SP con la variable medida o variable del proceso (process value, PV) y generan un salida (output) que actúa sobre el elemento de acción final. TIPO COMUNES DE CONTROLDORES Proporcional (P), Proporcional –Integral (PI), proporcional –integral-derivativo (PID)

Control de caudal en una tubería

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Tipos de Diagramas Industriales (1) Diagrama de bloques: compuesto por cajas de texto unidas entre sí que indican la secuencia del proceso..

(2) Diagrama esquemático: igual que el anterior pero incluyendo algún dibujo que no sean cajas. (3) Diagrama en isométricas: muestra la disposición espacial de los equipos a escala y en representación isométrica. (4) Hoja de flujo de procesos (process flow sheet): muestra los balances de materia y energía. Las tuberías se denominan “corrientes” (“streams”). (5) P&ID (piping and instrument diagram): Al diagrama anterior se le añade toda la parte de instrumentación. Ahora las líneas corresponden a tuberías y se proporciona toda la información sobre las mismas: diámetro, nombre, material, fluido que transportan, aislamiento/calentamiento. (6) Isométricos: Son planos constructivos de una pequeña parte de la instalación. Sirven para indicar el trazado de las tuberías y, por tanto, construirlas físicamente. Ver este ejemplo.

Diagramas de Instrumentación Ing. John Jairo Piñeros

Diagrama de bloques

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Diagrama esquemático

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Diagrama en isométricas

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Hoja de flujo de procesos

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P&ID

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Isométricos

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Diagramas de Instrumentación y tuberías P&ID

Normativa para la designación de instrumentos. • Cada instrumento se debe identificar con un sistema de letras que lo

clasifique funcionalmente.

• La identificación del lazo al cual pertenece el instrumento se designa agregándole un número al sistema de letras.

• Generalmente este número es el mismo para todos los instrumentos que forman parte del mismo lazo de control.

• Ocasionalmente se le agrega un sufijo para completar la identificación del lazo.

• El número de identificación del instrumento (TAG) puede incluir información codificada para designar el área de la planta

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Designación de instrumentos.

ANSI: American National Standard Institute. ISA: Instrumentation, Systems and Automation Society - Normas ISA S5.1 - S5.3

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Líneas de instrumentación

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Designación Instrumentos y Válvulas

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Ejemplo instrumentos

Ejemplo: Lazo de control de presión

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Ejemplo P&ID Instrumentos • TT-301 (sensor de tª y transmisor). • TC-301 (controlador de tª).

• línea interna accesible al operario (sala de control).

• el setpoint no aparece selección manual. • PY-301 (convertidor de corriente a presión). • Raíz cuadrada (ofrece una salida de presión

proporcional al caudal). Elementos finales • TV-301 (válvula de control de la entrada de vapor). • FV-302 (válvula de salida de reactivo). • FO-302 (lectura de caudal transduciendo a presión). • TZ-301 (actuador neumático bucle de tª). Otros símbolos • Etiqueta de válvula de control de tª (TV-301). Bucle de control • Totalmente neumático. • FT-302 (transmisor de presión a presión

normalizada). • FC-302 (controlador de flujo, localizado en campo). • FR-302 (indicador de flujo, accesible al operario)

Diagramas de Instrumentación P&ID Ing. John Jairo Piñeros

Actividad 1

Diagramas de Instrumentación P&ID Ing. John Jairo Piñeros

1. Identificar los instrumentos de los sistemas de control

2. Analizar el funcionamiento de los siguientes sistemas de control.

Ejercicio 1 1. Identificar los instrumentos del sistema de control

(llenar la hoja de Excel propuesta) 2. Analizar el funcionamiento de siguiente sistema

de control.

Notas: 1. Bloque matemático Fv: Flujo de vapor deseado Fe: Flujo de líquido de entrada : Calor sacado del vapor condensado C: Capacidad calorífica del líquido L/L: Compensador dinámico

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Listado instrumentación Excel

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LISTADO DE INSTRUMENTACION TAG NUMBER ELEMENTO VARIABLE DESCRIPCION SERVICIO SEÑAL TIPO I/O SISTEMA LOCALIZACIO

N

FT100 Transmisor Flujo Transmisor de flujo tipo vortex

Flujo de entrada al tanque 01-D-001 ELE DCS F

LIC100 Controlador Nivel Controlador electronico de nivel con indicador

Control e indicacion del nivel de liquido en 01-D-001 ELE AI/AO DCS CP

SEÑAL ELE ELECTRICA NEU NEUMATICA MEC MECANICA

TIPO I/O TIPO I/O AI ENTRADA ANALOGA DI ENTRADA DIGITAL AO SALIDA ANALOGA DO SALIDA DIGITAL

SISTEMA DCS DISPOSITIVO DE CONTROLDE SISTEMA ESD DISPOSITIVO DE EMERGENCIA DEL SISTEMA IND INDICADOR DEL SISTEMA

LOCALIZACION F CAMPO CP PANEL DE CONTROL CP2 PANEL DE CONTROL AUXILIAR

Ejercicio 2

Realizar el diagrama P&ID

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