Ie clase1

INSTRUMENTACIÓN
ELECTRÓNICA BÁSICA
C L A S E 1 - 2
S E M E S T R E A G O S T O – D I C I E M B R E 2 0 1 8
I N G . I B E T H V . O R D Ó Ñ E Z

QUE ES LA INSTRUMENTACIÓN?
Instrumentación es la aplicación de la
física, la ingeniería y las matemáticas a la
medida y registro de las cantidades
físicas, químicas y biológicas, a la técnica
del control automático y a dispositivos que
ejecutan diversas operaciones
matemáticas.
Ing. Ibeth V. Ordoñez, MsC. I N S T R U M E N T A C I Ó N E L E C T R Ó N I C A B Á S I C A
2

Instrumentación es la aplicación de la
física, la ingeniería y las matemáticas a la
medida y registro de las cantidades
físicas, químicas y biológicas, a la técnica
del control automático y a dispositivos que
ejecutan diversas operaciones
matemáticas.
3
Inicia con la aplicación de la ley
de inducción de Faraday
visualizada por la deflexión de
una aguja sobre una escala
graduada.

Es un área multidisciplinaria:
4
Electrónica.
Sistemas
Eléctrica
Mecánica - entre otros.
Química

Los profesionales de Instrumentación y Control son
los responsables de definir y aplicar el nivel de
automatización de las plantas de proceso e
instalaciones industriales, la instrumentación de
campo y el sistema de control, para el buen
funcionamiento del proceso, dentro de la mayor
seguridad para los equipos y personas, y con el
mínimo coste.
5

Dentro de sus funciones se encuentran:
 Definir, especificar, comprar, instalar,
poner en marcha y poder hacer un
mantenimiento de los Instrumentos
locales y remotos para poder capturar
las variables de proceso.
mantenimiento del Sistema de Control
para poder manejar el proceso.
6

mantenimiento de los Instrumentos
Finales de Control (Válvulas,
Variadores de Velocidad, etc.) para
poder modificar las variables del
proceso.
mantenimiento de los Materiales para
poder instalar los instrumentos, sistema
de control y elementos finales de
control.
7

Cuando se aplican los lineamientos de la
Instrumentación a un proyecto, se tienen presente
tres aspectos:
 Ingeniería conceptual.
 Ingeniería del Sistema de Control.
 Ingeniería de Montaje o Instalación.
8

9
Ingeniería Conceptual
La ingeniería conceptual sirve
para identificar la viabilidad
técnica y económica del proyecto
y marcará la pauta para el
desarrollo de la ingeniería básica
y de detalle. Se basa en un estudio
previo (estudio de viabilidad) y
en la definición de los
requerimientos del proyecto.

10
Los principales conceptos a analizar y estudiar en esta fase
son:
• Productos y capacidad de producción
• Normativa y regulación
• Descripción del proceso de fabricación y requerimientos
de usuario
• Descripción general de instalación.
• Plan, diagramas de bloques, distribución de salas,
planos de flujos de materiales y personas, planos de
áreas clasificadas, diagramas de procesos básicos
• Estimación de requerimientos de servicios auxiliares
• Lista de equipos preliminar
• Estimación económica de la inversión ± 30%

Puntualmente en instrumentación se genera:
 Criterios de diseño generales de Instrumentación.
 Criterios de diseño generales de Control.
 Criterios de diseño generales de Instalación.
 Listado de Instrumentos.
 Plano de Arquitectura del Sistema de Control.
 Especificaciones Técnicas de Instrumentos, válvulas de
control y analizadores (una por tipo de instrumento).
 Hojas de datos de Instrumentos, válvulas de control y
analizadores (una por tipo de instrumento).
11

12
Ingeniería Básica
En la ingeniería básica quedarán
reflejados definitivamente todos
los requerimientos de usuario, las
especificaciones básicas, el
cronograma de realización y la
valoración económica.
La ingeniería básica se desarrolla
en dos etapas: la primera consiste
en la toma de datos y elaboración
de requerimientos de usuario y en
la segunda se desarrolla el resto
de trabajos.

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Durante esta fase se definen los siguientes trabajos:
• Revisión detallada de la ingeniería conceptual y
requerimientos de usuario
• Hojas de datos de todas las salas (críticas y no críticas)
• Cálculo de cargas térmicas y caudal de aire en cada una
de las salas
• P&ID básico de aguas y HVAC
• Distribución de puntos de uso de servicios
• Revisión de Layout de salas, incluyendo áreas de
servicios
• Listas de consumos
• Listas de equipos

Ingeniería de Detalle
El alcance de actividades en esta etapa es el siguiente:
• Revisión detallada de la ingeniería básica
• Especificaciones técnicas de equipos y materiales.
• Especificaciones funcionales
• Dimensionamiento de conductos, tuberías e
instalaciones eléctricas
• Listado de equipos, instrumentación, accesorios y
materiales
• Planos de detalle de las instalaciones: Layout de tuberías
y conductos, isométricos, detalles de arquitectura,
unifilares eléctricos.
14

Instrumentación Neumática y/o Análoga:
15

16

17

18

Instrumentación Digital
19

20
Control Automático

21

La Instrumentación virtual
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REPASO DE CONCEPTOS GENERALES
Medición: Determinación de una magnitud por comparación con
un estándar.
Instrumento de Medida: elemento capaz de cuantificar de forma
sistemática y de “ver” lo que el hombre no es capaz de ver.
Instrumentación: comprende todas las técnicas, equipos y
metodologías relacionadas con el diseño, la construcción y la
aplicación de dispositivos físicos para mejorar, completar y
aumentar la eficiencia de los mecanismos de percepción del ser
humano.
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CONCEPTOS GENERALES
Medición: Determinación de una magnitud por comparación con
un estándar.
Instrumento de Medida: elemento capaz de cuantificar de forma
sistemática y de “ver” lo que el hombre no es capaz de ver.
Instrumentación: comprende todas las técnicas, equipos y
metodologías relacionadas con el diseño, la construcción y la
aplicación de dispositivos físicos para mejorar, completar y
aumentar la eficiencia de los mecanismos de percepción del ser
humano.
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CONCEPTOS GENERALES
Instrumentación Electrónica: se ocupa de la medición de cualquier
tipo de magnitud física, de la conversión de la misma a magnitudes
eléctricas y de su tratamiento para proporcionar la información
adecuada a un sistema de control, a un operador humano o a
ambos.
25

VARIABLES Y SEÑALES
Variable: Magnitud que puede tener un valor cualquiera de los
comprendidos en un conjunto.
Variables Físicas: relacionadas con las causas físicas que actúan
sobre un cuerpo, con su movimiento o bien con las propiedades
físicas de la sustancia. Las más comunes a nivel industrial: flujo,
presión, nivel y temperatura. Otras son: peso, velocidad,
densidad, peso específico, humedad, punto de rocío, viscosidad,
radiación solar, posición, torque, etc.
26

27

28

Variables Químicas: están relacionadas con las propiedades
químicas de los cuerpos o con su composición. Entre ellas se
encuentran: conductividad, redox, pH, composición gases,
oxígeno disuelto.
Variables Biológicas: están relacionadas con las propiedades
biológicas de los microorganismos que participan en un
bioproceso. Entre las cuales están: índices metabólicos, actividad
enzimática, etc.
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Variables Químicas: están relacionadas con las propiedades
químicas de los cuerpos o con su composición. Entre ellas se
encuentran: conductividad, redox, pH, composición gases,
oxígeno disuelto.
Variables Biológicas: están relacionadas con las propiedades
biológicas de los microorganismos que participan en un
bioproceso. Entre las cuales están: índices metabólicos, actividad
enzimática, etc.
30

La información de las variables que se pretende capturar se
almacena en algún tipo de variable eléctrica (tensión, corriente).
Esa variable eléctrica se le denomina Señal.
Señal Analógica: cuando los datos constituyen
matemáticamente un conjunto denso. Numero total de valores
infinitos.
31

Señal Digital: cuando los datos constituyen un conjunto finito de
valores.
32

Estándar 3-15 PSI
Una señal neumática emplea aire como salida del instrumento de medición.
La presión estándar está en el rango de 3 a 15 psi. Las señales Neumáticas
son empleadas para accionar válvulas y en aplicaciones intrínsecamente
seguras.
33
SEÑALES NEUMÁTICAS
3 – 15 psi
Señales en la Industria

Antes del advenimiento de los circuitos electrónicos,
el control del proceso era un esfuerzo totalmente
mecánico. Las instalaciones usaban señales de control
neumáticas en las que los controladores funcionaban
con presiones variables de aire comprimido.
Finalmente, la compresión de aire de 3-15 psi se
convirtió en el estándar por algunas razones:
• Muy costoso diseñar sistemas que detecten señales
de presión por debajo de 3 psi
• Las señales por debajo de 3 psi serían irreconocibles
• Es más fácil diferenciar una señal de cero vivo (3
psi) de una falla en el sistema (0 psi)
34

Señales en la Industria
35
SEÑALES ELECTRICAS
CorrienteVoltaje
0 – 10 V 0 – 1 V4 – 20 mA0 – 24 V
DigitalesAnálogas

Estándar 4-20mA:
Reemplazo el estándar 3-15psi. Es una conexión robusta. El
bucle de corriente de 4-20 mA es la señal de control del proceso
predominante en muchas industrias. Es un método ideal para
transferir información de proceso porque la corriente no cambia
a medida que viaja de un transmisor a otro. También es mucho
más simple y rentable. 4 mA = 0% Señal
20mA = 100% Señal
36

37

La corriente se puede convertir a la salida de voltaje para
fines de medición en cualquier punto del circuito
agregando una resistencia de carga en serie.
La caída de voltaje en la resistencia variará
proporcionalmente con la presión y la corriente. Por
ejemplo, una resistencia de 250 ohm producirá una señal
de salida de 1 a 5 voltios con una señal de bucle de
corriente de 4-20 mA.
La verificación de un bucle de 4-20 mA es un paso crucial
tanto en la solución de problemas como en los sistemas de
proceso de calibración. La verificación completa incluye
probar la salida del transmisor, el cableado, la entrada al
sistema de control y la tarjeta de entrada del sistema de
control y el cableado de retorno al transmisor.
38

PRO:
• El bucle de corriente de 4-20 mA es el estándar dominante en
muchas industrias.
• Es la opción más simple para conectarse y configurar.
• Utiliza menos cableado y conexiones que otras señales, lo que
reduce en gran medida los costos iniciales de configuración.
• Mejor para viajar largas distancias, ya que la corriente no se
degrada en largas conexiones como el voltaje.
• Es menos sensible al ruido eléctrico de fondo.
• Como 4 mA es igual a 0% de salida, es increíblemente simple
detectar una falla en el sistema.
39

CONTRAS:
• Los bucles de corriente solo pueden transmitir una
señal de proceso particular.
• Se deben crear múltiples bucles en situaciones
donde existen numerosas variables de proceso que
requieren transmisión. Hacer funcionar tantos
cables podría ocasionar problemas con los bucles
de tierra si los bucles independientes no están
correctamente aislados.
• Estos requisitos de aislamiento se vuelven
exponencialmente más complicados a medida que
aumenta el número de bucles.
40

Estándar 0-10V
Distancias 30m.
0 V = 0% Señal
10 V = 100% Señal
41

42

ELEMENTOS TÍPICOS DE
INSTRUMENTACIÓN EN LA INDUSTRIA
43
Variable o
Propiedad
Fisica
Sensor Acondicionador Adquisición
Almacenamiento
Procesamiento
Visualización
Transmisión Transmisión

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Variable o
Propiedad
Fisica
Almacenamiento
Procesamiento
Visualización
Sensor: dispositivo que, a partir de la energía
del medio donde se mide, da una señal de
salida transducible que es función de la
variable medida.
Transductor  Todo dispositivo que
convierte un tipo de energía en otro.

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Variable o
Propiedad
Fisica
Almacenamiento
Procesamiento
Visualización
Acondicionador: adaptadores. Son elementos que
ofrecen, a partir de la señal de salida de un
sensor, una señal apta para ser presentada o
registrada o que simplemente permita un
procesamiento posterior mediante un equipo
estandar.
Normalmente son circuitos electrónicos que
ofrecen funciones como: amplificación,
filtrado, adaptación de impedancias,
modulación o demodulación, entre otras.

46
Variable o
Propiedad
Fisica
Almacenamiento
Procesamiento
Visualización
La separación entre el acondicionamiento y
procesamiento, puede ser a veces difícil de definir.
Interfaz es el conjunto de elementos que modifican la
señal, cambiando incluso de dominio de datos, pero sin
cambiar su naturaleza, es decir, permaneciendo siempre
en el dominio eléctrico.

47

TRANSMISORES
48

ACTIVIDAD
Con base en la lectura sobre TRANSMISORES,
elaborar en una hoja para entregar al docente:
- Mapa conceptual o mapa de ideas donde se
consigne las ideas, conceptos o elementos claves
de la lectura.
- Analice las tres hojas de especificaciones e
identifique cual es el transmisor analógico, digital
y neumático.
49

TRANSMISORES
Transmisor: es un dispositivo que puede convertir una señal muy
pequeña a una señal usable. Transforman uV, uA, mV, mA a
señales de 0-10V o 4-20mA. Generalmente esta construido con base
en amplificadores operacionales.
Estos dispositivos captan la variable de proceso y la transmiten a
distancia en forma de señal neumática, electrónica, pulsos,
protocolarizada. Los hay ciegos y con indicador local.
Los transmisores captan la variable de proceso a través del
elemento primario y la transmiten a distancia en forma de señal
neumática, electrónica, digital, óptica, hidráulica o por radio.
50

TRANSMISORES
51
TRANSMISORES
ANALOGOS DIGITALES
NEUMATICOS ELECTRONICOS

TRANSMISORES
Transmisor Neumático
Un transmisor neumático es un
dispositivo mecánico que convierte un
desplazamiento mecánico en
variaciones proporcionales de presión.
Se utiliza para convertir una medida
de cierta magnitud en una señal
neumática representativa de esta
medida y transmitirla a una cierta
distancia a un elemento medidor,
registrador o un controlador.
52

TRANSMISORES
En el sistema de transmisión neumática se utiliza aire
como elemento transmisor, la distinta presión de éste,
es proporcional a las variaciones de la magnitud que
se mide. El desplazamiento mecánico o señal de
entrada al transmisor la produce el elemento de
medición, en respuesta a un cambio de la variable del
proceso.
53

TRANSMISORES
Se fundamentan en el principio que cumple
el sistema tobera obturador que consiste en un tubo
con un suministro constante de presión no superior a
los 25 Psi que pasa por una restricción que reduce el
diámetro alrededor de 0.1 mm y que en su otro
extremo se torna en forma de tobera con un diámetro
de 0.25 - 0.5 mm que esta expuesto a la atmósfera
ocasionando un escape que es regulado por un
obturador el cual cumple la misión de controlar el
escape proporcional a la separación entre él y la
tobera.
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TRANSMISORES
Se fundamentan en el principio que cumple
el sistema tobera obturador que consiste en un tubo
con un suministro constante de presión no superior a
los 25 Psi que pasa por una restricción que reduce el
diámetro alrededor de 0.1 mm y que en su otro
extremo se torna en forma de tobera con un diámetro
de 0.25 - 0.5 mm que esta expuesto a la atmósfera
ocasionando un escape que es regulado por un
obturador el cual cumple la misión de controlar el
escape proporcional a la separación entre él y la
tobera.
55

TRANSMISORES
La función de la tobera - obturador es que a medida
que la lamina obturadora disminuya o aumente la
distancia hacia la tobera ocasionara un efecto
inversamente proporcional.
La señal de salida del transmisor oscilara entre 15 psi
(tobera totalmente cerrada) y 3psi (tobera totalmente
abierta).
56

TRANSMISORES
57
VENTAJAS
•Transmisión segura en
ambientes peligrosos
•Insensible a la
contaminación
electromagnética
•Menos costoso que el
transmisor eléctrico
DESVENTAJAS
•Sensibilidad a las
condiciones del aire
•Requiere de un
compresor
•Puede requerir alta
frecuencia de
mantenimiento
•Mal funcionamiento
por particulas de polvo
o aceite.

TRANSMISORES
58
VENTAJAS
•Transmisión segura en
ambientes peligrosos
•Insensible a la
contaminación
electromagnética
•Menos costoso que el
transmisor eléctrica
DESVENTAJAS
•Al tener muy pequeño
el diámetro de la
tobera (0,1 a 0,2mm)
son susceptibles de
mal funcionamiento,
debido a las
partículas de aceite o
polvo que pueden
tapar la tobera.

TRANSMISORES
Transmisor Analogico
Basados en transformadores
diferenciales o circuitos de puente de
Wheatstone, convierten la señal de la
variable a una señal electrónica de 4-20
mA c.c.
No pueden guardar las señales de
planta, y además son sensibles a
vibraciones, por cuyo motivo su
empleo ha ido disminuyendo
59

TRANSMISORES
El transmisor analogico se alimenta con una fuente de
24 V c.c. y un circuito de dos hilos. El receptor
dispone de una resistencia de 250 ohms conectada en
los bornes de entrada. De este modo, si la señal de
salida del transmisor varía de 4 mA c.c. a 20 mA c.c.,
se obtendrán las siguientes tensiones en los bornes de
entrada al receptor:
250 ohmios × 4 mA c.c. = 1.000 mV = 1 V
250 ohmios × 20 mA c.c. = 5.000 mV = 5 V
60

TRANSMISORES
61
VENTAJAS
•Alta velocidad de
transmisión.
•Bajo Costo
DESVENTAJAS
•Sensibilidad a la
contaminación
electromagnética.

TRANSMISORES
Transmisor Digital
La señal del proceso es muestreada a
una frecuencia mayor que el doble del
de la señal (teorema de muestreo de
Nyquist-Shannon) y de este modo, la
señal digital obtenida consiste en una
serie de impulsos en forma de bits.
Cada bit consiste en dos signos, el 0 y
el 1 (código binario), y representa el
paso (1) o no (0) de una señal a través
de un conductor.
62

TRANSMISORES
El término "inteligente" (smart) indica que el instrumento es
capaz de realizar funciones adicionales a la de la simple
transmisión de la señal del proceso. Estas funciones
adicionales pueden ser:
 Cambio automático del campo de medida
 Compensación de las variaciones de la temperatura y
tensiones de referencia
 Grabación de datos históricos
 Mantenimiento
 Rangeabilidad
 Autocalibración por variaciones del proceso
 Autodiagnóstico
 Comunicador Portátil
63

TRANSMISORES
64
VENTAJAS
•Calibración automática
o fácil.
•Vida útil casi ilimitada
•Mayor exactitud. Entre
mas bits, más exactos
son.
•Cambio automático del
rango.
•Menos rata de
mantenimiento.
DESVENTAJAS
•Falta de normalización
en las comunicaciones
industriales.
•Respuesta frecuencial
defectuosa.

TRANSMISORES
Transmisión por Señales de Radio:
Cuando el entorno es hostil, o es
necesario transmitir señales a gran
distancia, la transmisión por radio es
una necesidad. Se utilizan señales de
902-928 MHz en la banda ISM
moduladas en dispersión (ISM
(Industrial, Scientific and
Medical son bandas reservadas
internacionalmente para uso no
comercial de
radiofrecuencia electromagnética en
áreas industrial, científica y médica).
65

TRANSMISORES
Transmisión por Señales de Radio:
La distancia de operación entre el
emisor y el receptor puede ser de unos
70 a 1000 metros sin línea de visión
directa y de unos 1.000 metros a 30 Km
en espacios abiertos.
El estándar ISA100.11a proporciona
comunicaciones industriales sin hilos,
multifuncionales, que pueden manejar
miles de aparatos en las plantas y
soporta protocolos de comunicaciones
HART, Fieldbus Foundation, Profibus,
DeviceNet, etc.
66

NORMATIVA DE LA INSTRUMENTACIÓN
INDUSTRIAL
¿POR QUE ES NECESARIO LA
NORMALIZACION EN
AMBIENTES INDUSTRIALES?
67

INDUSTRIAL
Hoy en día la mayoría de las industrias tiene algún
grado de automatización con el objetivo de operar
las plantas al máximo de su capacidad con menores
recursos humanos.
Las plantas industriales automatizadas o no, son
diseñadas y construidas por personas. Para
desarrollar proyectos, también llamado etapa de
ingeniería, las personas se organizan y agrupan
según disciplinas técnicas, siendo las principales:
Procesos, Mecánica, Civil, Eléctrica e
Instrumentación.
68

INDUSTRIAL
69
P&ID
Instrumentación
Mecánica
ProcesosEléctrico
Civil

INDUSTRIAL
Procesos:
 Gestionar los P&ID´s.
 Conseguir los datos de proceso para especificar los instrumentos y válvulas.
 Adecuar las descripciones mecánicas para generar los documentos de control.
70

INDUSTRIAL
Mecánica:
 Definición del documento de conexiones a proceso y conexiones
neumáticas.
 Definición de materiales y condiciones para instrumentos y válvulas.
 Definición y coordinación de la localización de los instrumentos y válvulas
en las tuberías.
 Localización de los instrumentos en los planos de tuberías para hacer
planos de implantación de instrumentos.
71

INDUSTRIAL
Civil:
 Localización de salas de control, salas
eléctricas, salas satélite, etc.
 Implantación de equipos, racks y
sistemas para localizar cajas, hacer
previsiones de caminos de cables,
definir clasificación de áreas, etc.
 Definir caminos enterrados de cables,
evitar interferencias con sistemas
enterrados, etc.
 Coordinación de instalación de
instrumentos en losas de hormigón,
fosas, etc.
 Definición de sistemas de HVAC, falsos
suelos, sistemas de Fire & Gas, etc.
72

INDUSTRIAL
Eléctrica:
 Definición de criterios de alimentación a
instrumentos y cuadros de control.
 Definición de criterios para cableado (tipos
de cables, tierras, cajas, etc.).
 Definición de límites de responsabilidad en
sistemas indeterminados (cableado de
sondas de motores, cableado entre sistema
de control y CCM´s, etc.).
 Coordinación para rutados de cables.
73

INDUSTRIAL
Instrumentación: Aquellas personas encargadas de diseñar la
instrumentación necesaria para la operación de la planta, en el
grado de automatización que desee el cliente o que el proceso
demande.
La instrumentación es el conjunto de elementos que se emplean
para medir, controlar o registrar variables de un proceso con el fin
de optimizar los recursos utilizados en él.
74

INDUSTRIAL
Para que el proyecto tenga éxito, todas las disciplinas deben
trabajar coordinadas. Esto se logra utilizando documentos
estándares y típicos que se desarrollan en cada proyecto. El
documento más importante para todas las disciplinas es el P&ID
(Piping and Instrument Diagram) que indica claramente como
debe funcionar la Planta y lo utilizan todos los integrantes del
proyecto.
75
P&ID  Son planos que proporcionan a los expertos la
información de la integración de los equipos que
conforman las instalaciones de una planta
conjuntamente con los instrumentos asociados a sus
variables operacionales

INDUSTRIAL
P&ID  Intercambiador de Calor
76

INDUSTRIAL
Existe un amplio conjunto de normas en Instrumentación
Industrial.
Las normas definidas por la Sociedad de Instrumentación
Americana (ISA) son ampliamente utilizadas en Colombia.
77

NORMAS ISA
Las normas mas generales y de mayor aplicación son:
ISA-S5.1 sobre simbología e identificación de la instrumentación
industrial
ISA-S5.3 sobre símbolos de sistemas de microprocesadores con
control compartido
ISA-S5.4 sobre los diagramas de lazos
ISA-S.20 sobre normas para especificar los instrumentos
industriales.
78

NORMAS ISA
Esta Norma especifica la nomenclatura para nombrar los instrumentos, y los
símbolos para representarlos.
La nomenclatura esta representada por un código de letras cuya especificación
se resume a continuación:
79
FIT 2APrimera
Letra
Letras
Sucesivas
Identificación
funcional
Varios
Instrumentos
con igual id
Número
de lazo
Identificación
del lazo

NORMAS ISA
NORMA ISA-S5.1 - Letras de Identificación
80
Primera Letra Letra Sucesiva
Variable a medir Letra de Modifi.
Función
Instrumento Función de salida Letra de modifi.
A análisis Alarma
C conductividad Control
D densidad Diferencial
E Tensión Elemento Primario
F Caudal Relación
H Manual Alto
I Corriente eléctrica Indicador
L Nivel Luz piloto Bajo
M Humedad Medio
S Velocidad o frecuencia Seguridad Interruptor
T Temperatura Transmisor
V Viscosidad Valvula
Z Posición E. F. control sin clasif.
X Sin clasificar Cuando el instrumento se usa una sola vez o es de uso restringido

NORMAS ISA
NORMA ISA-S5.1 – Símbolos
81

NORMAS ISA
NORMA ISA-S5.1 – Símbolos para conexiones
82
Flujo del proceso
Señal neumática
Señal eléctrica
Señal de presión tubo capilar
Señal hidraulica
Señal electromagnética, de radiofrecuencia,
infrarroja o fibra óptica.
Datos del sistema interno (software)

NORMAS ISA
NORMA ISA-S5.1 – Símbolos para equipos principales
83
Bomba
Turbina
Intercambiador de calor
Motor
Mezclador

NORMAS ISA
NORMA ISA-S5.1 – Símbolos para válvulas y actuadores
84
Válvula de dos vías
Válvula de tres vías
Válvula de acción manual
Válvula de acción
neumática

CLASIFICACIÓN DE SEÑALES
Fuente de Señal flotante (Floating
Signal)
Una señal es flotante cuando en su origen
no está conectada a tierra, es decir, la
señal es generada o captada, mediante un
par de conductores de los cuales uno sirve
como conductor que transporta la señal y
el otro sirve como conductor de retorno.
Ninguno de los conductores están
conectados a tierra, así las variaciones de
la señal parecen flotar de un conductor
con respecto al otro conductor.
85

Como ejemplos de señales flotantes se tienen las señales
aisladas generadas por los termopares, las pilas o baterías,
las señales fisiológicas, las generadas por fuentes de señal
aisladas no conectadas a la red, como el caso de los
instrumentos portátiles y aquellas que se utilizan para
acondicionamiento de señal, dispositivos como
transformadores de aislamiento, aisladores ópticos y
amplificadores de aislamiento.
86

Fuente de Señal referenciada a tierra
(Grounded Signal)
Una señal es referenciada a tierra, cuando de
alguna forma aquélla se conecta a un sistema de
puesta a tierra.
Las señales referenciadas tienen un solo hilo
conductor y tiene como REFERENCIA el
conductor a tierra del sistema que genera la
señal.
Ejemplos: se tienen las señales no aisladas
generadas por transductores y sensores, las
generadas por fuentes de señal conectadas a la
red eléctrica de alimentación, etc.
87

Modos de Entradas de las Tarjetas de Adquisición
La tarjeta tiene tres diferentes modos para configurar, por
programación, las entradas analógicas:
Differential (DIFF): Modo Diferencial.
Referenced Single-Ended (RSE): Modo Referenciado con
conexión simple.
Non Referenced Single-Ended (NRSE): Modo No
Referenciado con conexión simple.
88

Cada uno de los modos configura de manera diferente el
conexionado entre las entradas analógicas y el PGIA
(Amplificador de Instrumentación de Ganancia
Programable).
Es posible emplear cualquiera de los tres modos y conectar la
fuente de señal a la entrada que corresponda de la tarjeta,
pero debemos tener presente que es preciso seleccionar el
modo de configuración más adecuado al tipo de fuente de
señal.
89

La configuración por defecto es la diferencial que
proporciona 8 DIFF canales, y tanto la RSE como la NRSE
proporcionan 16 canales.
90

MODO DIFF:
El modo de conexión diferencial es aquel en el cual cada
señal analógica de entrada tiene su propia señal de
referencia o conductor de regreso. La señal de entrada se
conecta a la entrada positiva del amplificador de
instrumentación y la señal de referencia o retorno se conecta
a la entrada negativa del amplificador de instrumentación.
El modo diferencial reduce el ruido captado e incrementa la
relación de rechazo en modo común.
91

El modo de conexión diferencial se debe utilizar cuando el
sistema de adquisición de datos DAQ posee una de las
siguientes características:
Las señales de entrada son de muy bajo nivel (menores a
1V).
Los conductores de conexión de la señal miden más de 3
metros.
Los conductores de conexión de la señal se encuentran
instalados en ambientes ruidosos.
Cualquiera de las señales de entrada requiere una señal de
referencia o retorno separada.
92

Modo diferencial con fuente de señal flotante
La figura muestra como se debe conectar una fuente de señal
flotante a un canal de entrada configurado en modo DIFF.
93

Puesto que ambas entradas del PGIA requieren un camino
hacia masa (AIGND) para el retorno de las corrientes de
alimentación DC, se deben conectar dos resistencias a los
cables de la fuente de señal flotante. Si no se utilizan estas
resistencias y la fuente es realmente flotante probablemente
no quede dentro del rango del modo común del PGIA
pudiendo llegar a saturarlo.
94

Modo diferencial con fuente de señal referenciada a tierra.
La figura muestra como se debe conectar una fuente de
señal referenciada a tierra a un canal de entrada configurado
en modo DIFF.
95

MODOS RSE Y NRSE
Los modos con conexión simple se deben utilizar cuando la
señal de entrada reúne las siguientes características:
Su nivel es alto, mayores a 1V.
Los cables que se utilizan para conectar la señal analógica
miden menos de 3 metros.
Todas las señales analógicas comparten una misma señal de
referencia.
96

El modo RSE se debe emplear para la conexión de fuentes de
señales flotantes, en cuyo caso las interfaces proveen el
punto de tierra común para las señales externas.
97

El modo RSE no se recomienda para medir señales
referenciadas a tierra puesto que se produce un bucle de
corriente entre la tierra de la señal y la masa de la tarjeta
debido a la diferencia de potencial entre ambas.
Por este motivo el modo NRSE se debe emplear para señales
referenciadas a tierra, en cuyo caso la señal externa
suministra su propio punto de referencia a tierra y la tarjeta
provee un punto de conexión aislado (AISENSE). La
diferencia de potencial entre la tierra de la tarjeta y la tierra
de la señal aparece como señal de modo común en ambas
entradas, -positiva y negativa- del amplificador de
instrumentación y es, por lo tanto, rechazada por el
amplificador.
98

99

100
NI 6000 NI 6001

Existen dos tipos principales de señales en los circuitos
diferenciales: el voltaje de modo diferencial , o simplemente
voltaje diferencial Vdiff, y el voltaje de modo común Vcm.
VOLTAJE DE MODO COMÚN
La señal de modo común es la señal aplicada por igual a
ambas entradas.
En la práctica, las señales de modo común nunca serán
rechazadas completamente, de manera que alguna pequeña
parte de la señal indeseada contribuirá a la salida.
101

Las señales de entrada vienen con una corriente continua
que es común a ambas entradas por lo cual es llamada Voltage
de Modo Común de la señal diferencial.
Se puede ver que estas señales no contienen información útil
en lo que se quiere medir y como el amplificador amplificará
la diferencia de ambas, al ser iguales, se restan y a la salida el
resultado será cero o sea idealmente no están contribuyendo
a la información de salida.
102

VOLTAJE DIFERENCIAL
La señal de modo diferencial es la señal que se aplica entre
las dos terminales.
103

ACTIVIDAD EN CLASE
Interpretación de señales y variables
Interpretación de plano P&ID.
104

Ie clase1

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