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Alonzo

  1. 1. 1StandardsCertificationEducation & TrainingPublishingConferences & ExhibitsINSTRUMENTACIÓNBÁSICA DE PROCESOSINDUSTRIALESPONENTE:M. EN C. ARMANDO MORALES SÁNCHEZ16 AL 18 DE MAYO DEL 2007
  2. 2. 2#S Í N T E S I S C U R R I C U L A RM. EN C. ARMANDO MORALES SÁNCHEZEl M. en C. Armando Morales Sánchez cursó su licenciatura en Ingeniería enComunicaciones y Electrónica (1980) en la ESIME del IPN y su Maestría enCiencias en Ingeniería de Cómputo con Especialidad en Sistemas Digitalesen el Centro de Investigación en Computación del IPN.En su ingreso al Instituto Mexicano del Petróleo (IMP) en 1981, curso laEspecialización de Ingeniería de Proyecto en Instrumentación y Control.Hasta 1987 permanece en el departamento de ingeniería de control,participando en la ingeniería básica y de detalle de instrumentación de 4plantas industriales. A partir de 1988 y a la fecha, participa comoResponsable de la Automatización de las Plantas Piloto del IMP, donde sehan instrumentado e instalado sistemas de control digital (SCADA, PLC ySCD) en más de 18 plantas piloto. Ha impartido cursos sobreinstrumentación y control a PEMEX y a compañías de iniciativa privada. De1985 a 1988 fue miembro del comité educativo de la ISA México y durante19 años fue profesor del IPN en el área de Electrónica. Ha dirigido 10 tesisde licenciatura, 2 tesis de maestría y ha publicado 3 artículosinternacionales y 8 artículos nacionales.
  3. 3. 3#Entre las distinciones que ha recibido destacan, el reconocimiento aldesempeño en el IMP (1990), excelencia como expositor (1991), y en susestudios de maestría, mención honorífica, reconocimiento como el alumnomás sobresaliente y candidato a la presea Lázaro Cárdenas (2000). En el2001 obtuvo el segundo lugar en el concurso IMP a la mejor tesis demaestría sobre la industria petrolera. En el 2004 curso un Diplomado enMetrología y otro en Aplicaciones de Sistemas de Control. Actualmente seencuentra finalizando sus estudios del Doctorado en Ingeniería Eléctricacon Especialidad en Control, en la Sección de Estudios de Posgrado eInvestigación de la ESIME, IPN, desarrollando un método de sintonizaciónpara un control de matriz dinámica.
  4. 4. 4#Alcance: Al término del curso el participante conocerá losconceptos básicos de la instrumentación, variables masimportantes, principales características y aplicaciones.Perfil: Conocimientos básicos de electricidad.Dirigido a: Ingenieros o técnicos involucrados en servicios,proyectos y mantenimiento dentro de las áreas deInstrumentación y Control.
  5. 5. 5#TEMARIO1. Introducción.- La Instrumentación como factor de aumento de calidad y eficiencia en laproducción.- Seguridad.- Exactitud y precisión.- Errores de medición.- Calibración.- Hojas de especificación de instrumentos.2. Simbología ISA- Diagramas de tubería e instrumentación.- Nomenclatura.- Terminología.- Diagramas funcionales de instrumentación.- Índice de instrumentos.
  6. 6. 6#3. Medición de temperatura.- Generalidades.- Unidades.-Termómetros clínicos industriales, sistemas llenos, termopares,elementos de resistencia, termistores, termopozos.- Instalación.- Patrones y tablas.- Aplicaciones.4. Medición de presión- Generalidades.- Unidades.- Tipos de sensores.- Tipos de medidores.- Normas.- Instalación.- Aplicaciones.
  7. 7. 7#5. Medición de nivel.- Tanques atmosféricos.- Recipientes a presión.- Tipos de sensores.- Aplicaciones.6. Medición de flujo.- Importancia de la medición de flujo de fluidos.- Unidades.- Diferentes principios para la medición de flujo.- Aplicaciones.- Instalación.
  8. 8. 8#7. Mediciones analíticas- Cromatografía de gases- Analizador de infrarrojo- Analizador de oxígeno8. Equipos auxiliares.- Transmisores.- Indicadores.- Registradores.- Convertidores.- Transductores.- Interruptores.- Buses de campo.- Clasificación de áreas.
  9. 9. 9#9. Elementos finales de control.- Introducción.- Características de control.- Tipos de válvulas de control.- Actuadores.- Posicionadores.- Variadores de velocidad- Servomotores10. Introducción al control automático.- Introducción.- Jerarquía de control.- Terminología de control automático.- Lazo abierto y lazo cerrado.- Disturbios.- Parámetros de estabilidad.- Modos de control: dos posiciones, proporcional, integral y derivativo.- Sintonización de controladores.- Teoría moderna de control.
  10. 10. 10#11. Introducción a sistemas de control digital para supervisión y controlde procesos industriales.- Control unitario SISO- PLC- Sistemas de adquisición de datos- Sistema SCADA- Sistemas de control distribuido.
  11. 11. 11StandardsCertificationEducation & TrainingPublishingConferences & ExhibitsINSTRUMENTACIINSTRUMENTACIÓÓNNBBÁÁSICA DE PROCESOSSICA DE PROCESOSINDUSTRIALESINDUSTRIALESCAPCAPÍÍTULO 1TULO 1INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓNNM. en C. Armando Morales Sánchez16, 17 y 18 de mayo del 2007
  12. 12. 12#1. INTRODUCCIÓN¿Qué es la instrumentación?¿Porqué es importante?¿Qué relación guarda con el control de un proceso?¿Cuáles son las características básicas de uninstrumento?¿En que influye la selección correcta de uninstrumento?
  13. 13. 13#Proceso• Un proceso es una parte de una planta de manufactura, en la cuál, elmaterial o la energía es convertida a otras formas de material o energía.Ejemplos:– Cambio en presión, temperatura, velocidad, potencial eléctrico, etc.PROCESOEntrada de airecalienteSalida deaire frío
  14. 14. 14#Proceso continuo y proceso batch• Proceso Continuo– El material es introducido y removido del proceso al mismo tiempo yel proceso una vez iniciado, no para (Reacciones químicas,destilaciones, separaciones, etc).• Proceso Batch– El material se agrega a un contenedor; algún proceso se lleva acabo; el producto es removido y se sigue una secuencia que puedeparar o reiniciarse (Bebidas alcoholicas, productos alimenticios, etc).
  15. 15. 15#SistemaConjunto de elementos ordenados quecumplen un objetivo, y uno solo de estoselementos no puede cumplir, por si solo, eltrabajo de todo el sistema.
  16. 16. 16#ControlAcción o conjunto de acciones que buscanconformar una magnitud variable, o conjuntode magnitudes variables, en un patróndeterminado.
  17. 17. 17#Esquema general de controlMediciónDecisiónAcción
  18. 18. 18#Control de procesos• La regulación o manipulación de variables que influencian en elcomportamiento de un proceso de una forma determinada para obtener unproducto con una calidad y una cantidad deseadas de una manera eficienteDISTURBIOSPROCESOVARIABLECONTROLADAVARIABLEMEDIDACONTROLADORVARIABLESMANIPULADAS
  19. 19. 19#Razones de control•Seguridad•Estabilidad•Optimización•Protección ambiental
  20. 20. 20#SeguridadPreservar bajo cualquier condición la integridad delpersonal y equipo involucrado en la operación de losprocesos.
  21. 21. 21#EstabilidadAsegurar las condiciones de operación de los procesos,para mantener en forma continua la calidad de losproductos, dentro de los límites especificados.
  22. 22. 22#OptimizaciónAsegurar el máximo beneficio económico en la operaciónde los procesos.
  23. 23. 23#Protección ambientalReducir a su mínima expresión el impacto ecológico delos efluentes del proceso, para cumplir con todas lasnormatividades aplicables.
  24. 24. 24#ytVariable AnalógicaytVariable DigitalTIPOS DE VARIABLES DE ACUERDO A SUCOMPORTAMIENTO EN EL TIEMPOTipos de variables
  25. 25. 25#Señal analógicaDominio del tiempoVibraciónVozSonarTemperaturaPresiónFlujoEsfuerzoDCECGPresión de sangreTransientesCromatografía0.985t t fDominio de la frecuencia
  26. 26. 26#Señal digitalSeñal On-Off Tren de pulsosEntrada:Lectura de un encoderSalida:Mueve un motor a pasosEntrada:Cierre o apertura de uninterruptorSalida:Abre o cierra una válvulaonofft1-0-t
  27. 27. 27#MetrologíaLa metrologLa metrologííaa es la ciencia de las medidas, cuyoes la ciencia de las medidas, cuyoestudio comprende los patrones, las magnitudes yestudio comprende los patrones, las magnitudes ylos sistemas de unidades.los sistemas de unidades.La metrologLa metrologíía estudia la fiabilidad de la relacia estudia la fiabilidad de la relacióónnestablecida entre cualquier magnitud y su patrestablecida entre cualquier magnitud y su patróón.n.*La medición es el “proceso por el cual se asignannúmeros o símbolos a atributos de entidades delmundo real de tal forma que los describa de acuerdocon reglas o patrones claramente definidos" [Fentony Pfleeger, 1997].*Fenton, N.E. y Pfleeger, S.L., Software metrics. A rigurous and practical approach, PWSPub, 1997
  28. 28. 28#Magnitud o CantidadAtributo de un fenAtributo de un fenóómeno, cuerpo o sustancia quemeno, cuerpo o sustancia quepuede ser distinguido cualitativamente y determinadopuede ser distinguido cualitativamente y determinadocuantitativamente. Ejemplos de magnitudes:cuantitativamente. Ejemplos de magnitudes:BBáásicas: Longitud, masa, tiempo.sicas: Longitud, masa, tiempo.Derivadas: Velocidad, calor,Derivadas: Velocidad, calor, áárea.rea.Particulares: ConcentraciParticulares: Concentracióón de etanol, resistencian de etanol, resistenciaelelééctrica de un cable, Calorctrica de un cable, Caloríías que aporta unas que aporta unalimento.alimento.
  29. 29. 29#Unidades de medidaKTTemperaturastTiempomLLongitudKgMMasaUnidades SIRepresentacióndimensionalMagnitudMagnitudesfundamentalesMagnitudesderivadasKg/m/sML-1t-1ViscosidadJ/Kg (N-m/Kg)FL/M=M2L-2Energía interna uW (Kg/m/s3)FL/t=ML-1t-3PotenciaJ (Kg/m/s2)FLEnergíaKg/m3ML-3DensidadPa(N/m2)FL2=ML-1t-2Presiónm3L3Volumenm2L2AreaN(Kg.m/s2)ML2t-2Fuerzam/s2Lt-2Aceleraciónm/sLt-1Velocidad
  30. 30. 30#Rango y Span• Rango.- Región entre los límites en los cuáles una cantidad es medida,recibida o transmitida, expresada al establecer los valores de rangomínimos y máximos.• LRV (Valor de rango mínimo).- El valor mínimo de la variable medida queun dispositivo esta ajustado para medir.• URV (valor de rango máximo).- El valor máximo de la variable medida queun dispositivo esta ajustado para medir.• Span.- Diferencia algebraica entre los valores máximo y mínimo.
  31. 31. 31#Rango de las variables medidasRANGOS TÍPICOS TIPO DE RANGO RANGO VALORBAJO DELRANGOVALORALTO DERANGOSPANTERMOPAR K VARIABLE MEDIDA 0 A 2000 oF 0 oF 2000 oF 2000 oFSEÑAL ELÉCTRICA -0-68 A 44.91 mV -0.68 mV. + 44.91 mV. + 5.556 mV.MEDIDOR DEFLUJOVARIABLE MEDIDA 0 A 10,000 LB/HR 0 LB/HR 10,000 LB/HR 10,000LB/HRTACOMETRO VARIABLE MEDIDA 0 A 500 RPM 0 RPM 500 RPM 500 RPMSEÑAL ELÉCTRICA 0 A 5 V. 0 V. 5 V. 5 V.PRESIÓNDIFERENCIALVARIABLE MEDIDA 10 A 100 “H2O 10 “H2O 100 “H2O 90 “H2OSEÑAL ELÉCTRICA 4 A 20 mA. C.D. 4 mA. C.D. 20 mA. C.D. 16 mA. C.D.
  32. 32. 32#Ejemplo de rango de variables medidas¿Cual será la señal en mA. que entrega un transmisor depresión que mide 32.3 Kg/cm2 en un rango calibrado de0-70 Kg/cm2, si el transmisor entrega su señal en unrango de 4-20 mA. C.D.?
  33. 33. 33#MediciónAlgunos de los factores que afectan la medición son:• La exactitud,• La precisión,• La resolución,• La repetibilidad,• La reproducibilidad,• La linealidad,• La histéresis•• El error• La incertidumbre.
  34. 34. 34#Exactitud de la medición**La exactitud de la medición es la concordancia entre un valorobtenido experimentalmente y el valor de referencia. Es función de larepetibilidad y de la calibración del instrumento.La precisión es el grado de concordancia entre una serie dedeterminaciones obtenidas de repetir la medición y se expresa como ladesviación estándar relativa o el coeficiente de variación.Es función dela repetibilidad y la reproducibilidad.La resolución de un instrumento es el mínimo valor confiable quepuede ser medido en un instrumento.
  35. 35. 35#100%0%SPAN10090807060504030201001009080706050403020100VALORESDEENTRADAVALOR DESEADOSALIDA MEDIDARANGO DE EXACTITUD± 5 % spanExactitud de la medición
  36. 36. 36#Repetibilidad y ReproducibilidadLa repetibilidad es la precisión de resultados de mediciónexpresado como la concordancia entre determinaciones omediciones independientes realizada bajo las mismascondiciones (operador, tiempo, aparato, lugar, método, etc).Reproducibilidad de la medición es la precisión de resultadosde medición expresado como la concordancia entredeterminaciones independientes realizadas bajo diferentescondiciones (operador, tiempo, aparato, lugar, método, etc).
  37. 37. 37#100%0%SPAN10090807060504030201001009080706050403020100VALORESDEENTRADAVALOR DESEADOSALIDA MEDIDARepetibilidad y ReproducibilidadEL INSTRUMENTO CON QUE SE REALIZA LAMEDICIÓN ES UN INSTRUMENTO PRECISO,MAS NO EXACTO
  38. 38. 38#LinealidadSALIDALINEALFLUJOCURVA CARACTERÍSTICALINEALIDAD (ENTRADA/SALIDA)Se define como la cercania con la cual una curva se aproxima a una línearecta. La linealidad es usuamente medida como una no linealidad yexpresada como linealidad. Hoy en día algunos instrumentos tienen unajuste de linealidadLINEALIDAD
  39. 39. 39#HistéresisSALIDALINEALFLUJOEs la medida de la diferencia en respuesta de un dispositivo o sistemaal incrementar la señal de entrada de un valor mínimo a un valormáximo y, con respecto a cuando se decrementa de un máximo a unmínimo sobre el mismo rango.HISTERESIS
  40. 40. 40#ErrorDiferencia algebráica entre los valores indicados y losvalores verdaderos de la variable medida. Existendiferentes tipos de errores:• Error de span• Error de cero• Error de linealización
  41. 41. 41#Error de cero100%VALOR VERDADERO0100%% DE ENTRADA%DESALIDAERRORES DE CEROUn instrumento tiene un error de cero cuando todas las indicacionesdel instrumento son consistentemente altos o consistentemente bajosa través del rango completo del instrumento cuando es comparadocon la salida deseada.
  42. 42. 42#Error de SpanEn el error de span, la desviación del valor ideal varía en diferentespuntos a lo largo del rango del instrumento. Normalmente seincrementa, cuando la señal de entrada se incrementa.100%VALOR VERDADERO0100%%DESALIDAERRORES DE SPAN% DE ENTRADA
  43. 43. 43#Errores de Span y de Cero combinados100%VALOR VERDADERO0100%%DESALIDACOMBINACIÓN DEERRORES DESPAN Y CERO% DE ENTRADA
  44. 44. 44#Error de linealidadEs cuando el resultado de la salida no presenta una línea recta conrespecto al valor de entrada. El error de no linealidad puede sercorregido durante la calibración si el instrumento tiene un ajuste de nolinealidad. Generalmente se recomienda tomar 5 puntos.LINEAL0100%%DESALIDA100%% DE ENTRADAERRORES CAUSADOSPOR LA NO LINEALIDAD
  45. 45. 45#Especificación de características de uninstrumentoUn instrumento de medición es un dispositivo empleado para efectuarmediciones por si solo o como integrante de otro equipo o sistema.Las características metrológicas de un instrumento están definidas enfunción de los factores que afectan su medición, como ejemplo:Exactitud : ± 0.2% de span calibrado. Aquí se incluye efectoscombinados de lo siguiente:Repetibilidad : ± 0.05% de span calibradoLinealidad : ± 0.1% de span calibradoHistéresis : ± 0.05% de span calibrado
  46. 46. 46#•• Ciencias exactas.Ciencias exactas.•• Respuesta a cuestiones planteadas por la ciencia.Respuesta a cuestiones planteadas por la ciencia.•• InvestigaciInvestigacióón cientn cientíífica.fica.•• Manufactura.Manufactura.•• Control de calidad.Control de calidad.•• InspecciInspeccióón y vigilancia.n y vigilancia.•• TTéécnica.cnica.•• Forma parte del ciclo de mejora continua del sistema deForma parte del ciclo de mejora continua del sistema deadministraciadministracióón de la calidad.n de la calidad.•• Es un pilar que soporta la calidad.Es un pilar que soporta la calidad.
  47. 47. 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 ingenieríía, ela, elcomercio, la industria.comercio, la industria.•• Tener un criterio objetivo para adquisiciTener un criterio objetivo para adquisicióón de equipo.n de equipo.•• Seleccionar el equipo adecuado para un proceso deSeleccionar el equipo adecuado para un proceso demedicimedicióón especn especíífico.fico.•• Comprender reglamentaciones oficiales.Comprender reglamentaciones oficiales.
  48. 48. 48#•• AnteriormenteAnteriormente:: errorerror y any anáálisis delisis de erroreserrores..•• El error es el resultado de una medida menos el valorEl error es el resultado de una medida menos el valorverdadero del mensurando.verdadero del mensurando.•• ActualmenteActualmente:: Incertidumbre.Incertidumbre.•• La incertidumbre refleja la imposibilidad de conocer elLa incertidumbre refleja la imposibilidad de conocer elvalor del mensurando y corresponde a la duda delvalor del mensurando y corresponde a la duda delresultado de la mediciresultado de la medicióón, an, aúún cuando sean eliminadosn cuando sean eliminadoslos errores detectados.los errores detectados.
  49. 49. 49#Incertidumbre de la MediciónParámetro asociado al resultado de una medición que caracteriza ladispersión de los valores, que podrían razonablemente ser atribuídos almensurando.
  50. 50. 50#¿Qué nos da a conocer la Incertidumbre?••Caracteriza la calidad del resultado de unaCaracteriza la calidad del resultado de unamedicimedicióón.n.••Refleja la imposibilidad de conocer exactamente elRefleja la imposibilidad de conocer exactamente elvalor del mensurando.valor del mensurando.••Corresponde a laCorresponde a la dudaduda del resultado de medicidel resultado de medicióón.n.••Corresponde a la duda una vez eliminados oCorresponde a la duda una vez eliminados ocorregidos los errores detectados.corregidos los errores detectados.
  51. 51. 51#Fuentes de Incertidumbre•• Principio de medida.Principio de medida.•• MMéétodo 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 medicióón.n.•• MMéétodo de medicitodo de medicióón.n.•• Variables no controladas (temperatura, humedad, presiVariables no controladas (temperatura, humedad, presióónnatmosfatmosféérica, corrientes de aire, variacirica, corrientes de aire, variacióón de energn de energíía ela elééctrica,ctrica,variacivariacióón de flujo de agua,n de flujo de agua, etcetc).).
  52. 52. 52#Normativa de estimación deIncertidumbreNMX-EC-17025-IMNC-20005.4.6.2. Los laboratorios de ensayo y calibración deberán tener y aplicarprocedimientos para estimar la incertidumbre de medición, ellaboratorio debe al menos intentar identificar todos loscomponentes de la incertidumbre y hacer una estimación razonablebasada en el conocimiento del desempeño del método y delalcance de la medición y deberá hacer uso, por ejemplo, de laexperiencia previa y de la validación de los datos.5.4.6.3. Cuando se esté estimando la incertidumbre de medición debenser tomados en cuenta, todos los componentes de incertidumbreque sean de importancia para la situación dada; usando métodosapropiados de análisis.
  53. 53. 53#CalibraciónLa calibración de un instrumento es el conjunto de operaciones queestablece, bajo condiciones especificas, la relación entre valoresindicados por un instrumento de medición o sistema de medición o losvalores representados por una medida materializada y los valorescorrespondientes de la magnitud, realizada por los patrones. En formasimple se define como la comparación de las indicaciones de uninstrumento contra un patrón, sin efectuar ningún ajuste.CALIBRACIÓN APROPIADAMEDICIÓN EXACTABUEN CONTROL DEL PROCESOSEGURIDAD Y COSTOS BAJOS
  54. 54. 54#Diagrama de bloques de la calibraciónINSTRUMENTOBAJO PRUEBAPROCESO OENTRADASIMULADAMEDICIÓNDE ENTRADA PATRÓN(NORMALIZADA)MEDICIÓNDE SALIDA(NORMALIZADA)FUENTE DE ENERGÍA
  55. 55. 55#Programas de calibración deinstrumentosPROGRAMA ANUAL DE CALIBRACIÓN DE EQUIPOS DE MEDICIÓN2003CLAVEINVENTARIONOMBREDEL EQUIPO MARCA MODELO NO. SERIEVIDA ÚTILDEMANDANTERANGO DEMEDICIÓNPRECISIÓNCOMPAÑÍA QUEDA EL SERVICIOPERIODO DESERVICIOS/N Transductor de vacío Baratron 622A TAE-5 619741 10 años 0 a 10 Torr +-0.25% E.T.I13 IMP 6 meses*S/N RTD PT100 Fondo Jupiiter JAX1 PT100 9550 10 años -40 a 420oC +-1.0 oC IMP 1 añoS/N RTD PT100 Domo Jupiter JAX PT100 15 10 años -40 a 420oC +-1.0 oC IMP 1 añoS/N RTD PT100 Baño Jupiter JAX2 0H12004 9537 10 años -40 a 420oC +-1.0 oC IMP 1 añoS/N Probeta graduada Pyrex 3062 CB12624 10 años 0-250 ml. +-1.4 ml IMP 1 año20092 Báscula electrónica Mettler PM30-K L21759 10 años 0-30 Kg. +-1.0 g IMP 1 año134138 Indicador de temperatura Eurotherm 8155 0931-001-007-9 10 años 0-40 oC 0.015 oC IMP 1 año
  56. 56. 56#Patrones de calibraciónPATRÓN (de medición)Medida materializada, instrumento de medición, material dereferencia o sistema de medición destinado a definir, realizar,conservar o reproducir una unidad o más valores de unamagnitud para utilizarse como referencia.PATRÓN NACIONAL (de medición)Patrón reconocido por una decisión nacional en unpaís, que sirve de base para asignar valores a otrospatrones de la magnitud concerniente.
  57. 57. 57#Patrones de calibraciónPATRÓN (de medición).- Medida materializada, instrumento demedición, material de referencia o sistema de medición destinadoa definir, realizar, conservar o reproducir una unidad o másvalores de una magnitud para utilizarse como referencia.PATRÓN NACIONAL (de medición).- Patrón reconocido por unadecisión nacional en un país, que sirve de base para asignarvalores a otros patrones de la magnitud concerniente.PATRÓN SECUNDARIO.- Patrón cuyo valor es establecido porcomparación con un patrón primario de la misma magnitud.PATRÓN DE TRABAJO.- Patrón que es usado rutinariamente paracalibrar o controlar las medidas materializadas, instrumentosde medición o los materiales de referencia.
  58. 58. 58#Trazabilidad de la mediciónPropiedad del resultado de una medición o del valor de un patrón por lacual pueda ser relacionado a referencias determinadas generalmentepatrones nacionales o internacionales por medio de una cadenaininterumpida de comparaciones teniendo todas las incertidumbresdeterminadas.Patrón Nacional o PrimarioConsumidor, industria, comercioDefinición de laUnidad de MedidaLaboratorio NacionalLaboratorios deCalibración AcreditadosInstrumento de Medición o equipocalibradoBIPMPatrón de ReferenciaPatrón de Trabajo
  59. 59. 59#Ejemplo de trazabilidad de la medición
  60. 60. 60#Patrones de trabajoPATRONESMANÓMETROS COLUMNAS H2O HGPOTENCIOMÉTRICOSPUENTE DE WHEATSONEBALANZA DE PESOS MUERTOS
  61. 61. 61#Calibradores neumáticos
  62. 62. 62#Balanza de pesos muertos
  63. 63. 63#Calibrador de flujo
  64. 64. 64#Calibrador de presión7 8 96541 2 30 .+/- ENTERSETUPRANGECLEAR(ZERO)VMEASSOURCEmATCRTOVHzSAVE MORECHOICESSCALEENG UNITSAUTO RANGE0 15 30 mA20.451 mA11/18/93 07:44:08SOURCE OFFFLUKE 702VRTDMA MARTDMEASVSOURCE30V MAX300VMAXMEASURE~DOCUMENTING PROCESS CALIBRATOR
  65. 65. 65#Medición Industrial•Medición Local•Medición Remota
  66. 66. 66#Medición LocalMEDICIÓNLOCALMANÓMETROSMIRILLASDE NIVELTERMOMETROSMIRILLASDE FLUJO
  67. 67. 67#Medición RemotaMEDICIÓNREMOTATRANSMISORESNEUMÁTICOSTRANSMISORESELÉCTRICOSTRANSMISORESDIGITALES
  68. 68. 68#InstrumentaciónLa instrumentación es una especialidad referente a losinstrumentos de medición, principalmente a los utilizadosindustrialmente, y forma parte primordial dentro de unsistema enfocado al control de un proceso industrial, porlo que generalmente un instrumentista es un especialistaen instrumentación y control.Un buen conocimiento de la especialidad redunda en unabuena especificación y selección de la instrumentaciónóptima en un proceso industrial lo cual contribuirá comoun factor de aumento de calidad y eficiencia en laproducción.
  69. 69. 69#Hojas de datos de instrumentosUna hoja de datos es una tabla donde se introducen losdatos de proceso mínimos necesarios para efectuar laespecificación de un instrumento, como pueden ser:temperatura normal y máxima de operación, presión normaly máxima de operación, material de la tubería, tipo defluído, diámetro de la tubería, etc.En un proyecto, generalmente estos datos se toman deldiagrama de flujo de proceso y del diagrama de tubería einstrumentación, en el que se indican las condiciones deoperación de los puntos importantes del proceso y lascaracterísticas de los recipientes y de las líneas de tubería.
  70. 70. 70#Hojas de datos de instrumentos
  71. 71. 71#Hojas de datos de instrumentos
  72. 72. 72#Hoja de especificación de instrumentosUna hoja de este tipo especifica las característicasgenerales y específicas del instrumento para su compra.Para el llenado de esta hoja, es necesario conocer el tipode instrumento que se ha seleccionado en base a lascondiciones de operación plasmadas en las hojas de datosde instrumentos.La hoja de especificación es un documento básico dentrode la ingeniería de proyecto, ya que fundamenta la compray sirve de apoyo para las diferentes actividadessubsecuentes de un proyecto, como los típicos deinstalación, diagramas de alambrado, suministros deenergía, etc.
  73. 73. 73#Hojas deespecificacióndeinstrumentos(ISA S20)
  74. 74. 74#Hojas deespecificacióndeinstrumentos(ISA S20)
  75. 75. 75#Hojas deespecificacióndeinstrumentos(ISA S20)
  76. 76. 76#Evolución de la instrumentación ycontrolPERÍODO ANTES DE19201930A 19401940A 19501950A 19601960A 19701970A 19801980A 19901990EN ADELANTEINSTRUMENTACIÓNMEDICIONESLOCALESELEMENTOSFINALES DECONTROLPRIMEROSSERVOMECANISMOSACTUADORESNEUMÁTICOSPRIMEROSINSTRUMENTOSELECTRÓNICOSPRIMERASCELDAS DEPRESIÓN DIF.SURGE LACROMATOGRAFÍADE GASESSURGEN NUEVOSPRINCIPIOS DEMEDICIÓNDESARROLLO DENUEVOSCONTROLADORESELECTRÓNICOSMAS CAPACESSE DESARROLLANNUEVOS TIPOSDE VÁLVULAS DECONTROLSE INTRODUCENLOS MICROPROCESADORESEN LAINSTRUMENTACIÓNSEDESARROLLANNUEVOSINSTRUMENTOSCON MEJOREXACTITUD YCONFIABILIDADCON PRECIOSREDUCIDOSSEDESARROLLANINSTRUMENTOSINTELIGENTESCONFUNCIONESMÚTLIPLESCON AUTOCALIBRACIÓN YAUTODIAGNÓSTICOSISTEMASDECONTROLCONTROLMECÁNICOCONTROLDE DOSPOSICIONESPRIMEROSCONTROLESNEUMÁTICOSPIDPRIMEROSCONTROLESLÓGICOSPROGRAMABLESDESARROLLODE LA TEORÍADE CONTROLMODERNAPRIMERASTÉCNICAS DESINTONÍASE DEFINEN LASBASES DECONTROLSUPERVISORIO YDE CONTROLDIGITAL DIRECTOSE DEFINEN LASBASES DECONTROLDISTRIBUIDOSE DESARROLANLOS PRIMEROSPLC´s DIGITALESSE INCREMENTALA CAPCIDAD DELOS SISTEMAS DECONTROLDISTRIBUIDO Y DELOS PLC´sSEDESARROLLANLAS PRIMERASAPLICACIONESDE CONTROLAVANZADOSEINTRODUCENLOSCONCEPTOSDE INTEROPERABILIDADE INTERCONECTIVIDADTELEMETRIAINSTRUMEN-TACIÓNLOCALTRANSMISIÓNNEUMÁTICATRANSMISIÓNELÉCTRICATRANSMISIÓN4-20 mA.SEDESARROLLANLOS PRIMEROSSISTEMAS DETELEMETRÍASE DESARROLLANLOS PRIMEROSSISTEMAS DEFIBRA ÓPTICASENORMALIZANLOS PRIMEROSPROTOCOLOSDIGITALESSEINTRODUCENLOS CANALESDE CAMPO
  77. 77. 77#¿Cómo seleccionar un medidor?Fundamentalmente la selección se basa en las consideraciones deproceso, a la importancia del dato de medición en el proceso y alaspecto económico.De ahí la importancia de conocer el principio de medición de losdiferentes tipos de medidores y los cálculos necesarios de loselementos primarios para obtener el máximo rendimiento costo-beneficio de ellos y así disminuir el error en la medición.Este curso provee métodos técnicos para el diseño, especificación,cálculo y selección de medidores, dando una guía para medir variablesfísicas de la mejor manera posible.
  78. 78. 78#Tips para seleccionar un medidor1. Medidor más familiar.- el más fácilmente entendible, basado sobregran cantidad de mediciones y períodos de tiempo.2. Medidor que se ha utilizado en aplicaciones previas similares.-simple aproximación, no necesariamente malo pero no siempre lamejor solución. Puede ser muy malo si la selección es siempre lamisma.3. Considerar todos los factores que puedan influir en la selección.-consume en algunos casos demasiadas h-h y es justificada enaplicaciones críticas de flujo.
  79. 79. 79#Ejemplo de características principales para laselección de un medidor de flujoESTANDARES DE LA COMPAÑÍA CONEXIONES PARA INSTALACIÓN: BRIDADO,ROSCADO, ETC.REQUERIMIENTOS LEGALES LIMITACIONES DE ESPACIOFASE DEL FLUIDO PRINCIPAL TRAYECTORIA DE TUBERIA CORRIENTE ARRRIBACONTENIDO DE SOLIDOS COMPONENTES MAS CERCANOS CORRIENTEFACTORES DE CALIBRACIÓN NIVEL DE VIBRACIÓNTIPO DE FLUIDO: AGUA, AIRE HC, ETC REPETIBILIDAD DE LECTURANATURALEZA DEL FLUIDO: CORROSIVO,CONDUCTIVO, ETCVELOCIDAD O TOTALIZACIÓNTAMAÑO Y MATERIAL DE TUBERÍA TIEMPO DE RESPUESTAINDICADOR DE FLUJO FLUJO MÁXIMO Y MÍNIMOOBSTRUCCIÓN DE FLUJO PÉRDIDA DE PRESIÓN PRESIÓN MÁXIMA Y MÍNIMATIPO DE SALIDA DE CONTROL TEMPERATURA MÁXIMA Y MÍNIMATIEMPO ENTRE INSPECCIÓN Y MANTENIMIENTO DENSIDAD DEL FLUIDOSEGURIDAD VISCOSIDAD DEL FLUIDOCOSTO FLUJO PULSANTE?DESVÍO DE CALIBRACIÓN FLUJO LAMINAR?PROVEEDORES CONDICIONES EXTERNAS: HUMEDAD, CALOR,
  80. 80. 80StandardsCertificationEducation & TrainingPublishingConferences & ExhibitsINSTRUMENTACIINSTRUMENTACIÓÓNNBBÁÁSICA DE PROCESOSSICA DE PROCESOSINDUSTRIALESINDUSTRIALESCAPCAPÍÍTULO 2TULO 2SIMBOLOGSIMBOLOGÍÍAAM. en C. Armando Morales Sánchez23, 24 y 25 de mayo del 2007
  81. 81. 81#Los diagramas de tubería e instrumentación(DTI´s)Los DTI’s son diagramas que contienen básicamente losequipos de proceso, las tuberías, los instrumentos y lasestrategias de control del proceso. Un DTI es el elementoúnico más importante en el dibujo para:Definir y organizar un proyectoMantener el control sobre un contratista durante laconstrucciónEntender como es controlada la planta después definalizar el proyectoMantener un registro de lo que fue acordado y aprobadoformalmente para la construcciónRegistrar lo que fue construido en la forma como sediseño con los DTI’s
  82. 82. 82#Los diagramas de tubería e instrumentación(DTI´s)Los DTI’s son conocidos con varios nombres, pero todomundo sin tomar en cuenta como son nombrados conocen suvalor. Estos son algunos de los nombres por los cuales sonconocidos :DTI’sP&ID’s (por sus siglas en inglés)Diagramas de tubería e instrumentaciónDiagramas de procesos e instrumentaciónLa mayoria de las firmas utilizan las normas ISA como unabase para luego añadir sus propias modificaciones deacuerdo a sus necesidades.
  83. 83. 83#Normas ISA aplicables a DTI’sNo hay “norma” DTI o acuerdo en la información quedebe ser incluida o excluida de tales documentos.Las normas ISA ANSI/ISA-5.1-1984 (R1992) y ISA-5.3-1983 son las guías generalmente más aceptables paradesarrollar simbolismo para instrumentación y sistemas decontrol en: las industrias químicas y petroquímica,generación de energía, pulpa y papel, refinación, metales,aire acondicionado, etc. y pueden ser utilizadas enprocesos continuos, por lotes y discretos.
  84. 84. 84#• ANSI/ISA-S5.1-1984 (R1992), Identificación y símbolos deinstrumentación.• ANSI/ISA-S5.2-1976 (R1992), Diagramas lógicos binarios paraoperaciones de proceso.• ISA-S5.3-1983, Símbolos gráficos para control distribuido,instrumentación de desplegados compartidos, sistemas lógicos ycomputarizados.• ANSI/ISA-S5.4-1991, Diagramas de lazo de instrumentación.• ANSI/ISA S5.5-1985, Símbolos gráficos para desplegados de proceso.Normas ISA aplicables a DTI’s
  85. 85. 85#Otras normas de simbología• ASA Y32.11-1961 – Símbolos gráficos para diagramas de flujo deproceso en las industrias del petróleo y química (ASME).• ASA Z32.2.3-1949 – Símbolos gráficos para accesorios de tubería,válvulas y tubería (ASME)• ANSI Y14.15.a-1971 Sección 15-11 Interconexión de diagramas (ASME)• IEEE Std 315-1975 (ANSI Y32.2 1975) (CSA Z99 1975) Símbolosgráficos para diagramas eléctricos y electrónicos (IEEE)• ANSI/IEEE Std 315A-1986 (IEEE)
  86. 86. 86#Diagrama de tubería e instrumentación(DTI ó P&I)
  87. 87. 87#SIMBOLOGÍA
  88. 88. 88#Contenido de la norma ANSI/ISAS5.1-19841. Propósito.2. Alcance.3. Definiciones.4. Reglas de identificación de instrumentos.5. Tablas.6. Dibujos.
  89. 89. 89#1. PropósitoEstablecer un significado normativo de losinstrumentos y sistemas de instrumentaciónutilizados para la medición y el control,incluyendo símbolos y códigos deidentificación.
  90. 90. 90#2. Alcance1. Generalidades.2. Aplicación a industrias.3. Aplicación a actividades de trabajo.4. Aplicación a diferentes tipos deinstrumentación y a funciones deinstrumentos.5. Extensión de identificaciones funcionales.6. Extensión de identificaciones de lazos.
  91. 91. 91#Aplicación a IndustriasLa norma esta disponible para utilizarse en industria química,del petróleo, generación de potencia, acondicionamiento deaire y cualquier industria de procesos, y se espera que lanorma tenga la suficiente flexibilidad para manejar muchasde las necesidades de algunos campos como la astronomía,navegación y medicina que utilizan instrumentación diferentede los instrumentos convencionales de proceso.
  92. 92. 92#Aplicación a actividades de trabajoLa norma esta disponible para utilizarse en cualquierreferencia de simbolización e identificación de un instrumentoo de alguna función de control. Tales referencias pueden serrequeridas para:-Diagramas de diseño y construcción,-Literatura, discusiones y artículos técnicos,-Diagramas de sistemas de instrumentación, diagramasde lazos y diagramas lógicos,-Descripciones funcionales,-Diagramas de flujo de: procesos, mecánicos, deingeniería, de tubería e instrumentación (DTI o P&I),-Especificaciones, ordenes de compra, etc.
  93. 93. 93#Aplicación a funciones de instrumentos y aclases de instrumentaciónLos métodos de identificación y simbolismos proporcionadospor la norma se aplican a todas las clases de instrumentaciónde control y medición de procesos.La norma no solo puede utilizarse para describir instrumentosdigitales y sus funciones, sino también para describir lasfunciones analógicas de los sistemas, como por ejemplo:control compartido , control distribuido y control basado encomputadora.
  94. 94. 94#Extensión de identificación funcional y delazoLa norma proporciona la identificación y simbolización de lasfunciones clave de un instrumento, es decir, son funcionesgeneralizadas, así que cuando se requieren detallesadicionales del instrumento, es conveniente recurrir a la hojade especificación del instrumento o algún otro documentopara cubrir la especificación detallada.La norma cubre la identificación de un instrumento y todoslas funciones de control asociadas con un lazo de control.
  95. 95. 95#3. DefinicionesPara propósitos de conocimiento de la norma, esconveniente analizar algunas definiciones:Alarma. Un dispositivo o función que señala la existencia deuna condición anormal por medio de un cambio discretovisible o audible, o ambos, con el fin de llamar la atención.Automatización. Es el acto o método de hacer que unproceso funcione sin la necesidad de la intervención de unoperador.Banda Muerta. Rango a través del cual puede variar la señalde entrada, hacia un dispositivo, sin éste inicie unarespuesta. Generalmente se expresa como un porcentaje delrango de operación.Binario. Término aplicado a una señal que sólo tiene dosestados o posiciones discretas (on-off, alto-bajo, etc).
  96. 96. 96#DefinicionesCírculo. Símbolo utilizado para denotar e identificar elpropósito o función de un instrumento y puede contener unnúmero de identificación (ballon, bubble)Configurable. Término aplicado a un dispositivo o sistemaen el que sus características pueden ser seleccionadas orearregladas a través de programación o algún otro método.Controlador. Un dispositivo que tiene una salida que varíapara regular una variable controlada de una maneraespecífica y puede ser un dispositivo analógico o digital. Uncontrolador automático varía su salida automáticamente, enrespuesta a una entrada directa o indirecta de una variablede proceso medida.
  97. 97. 97#DefinicionesControlador compartido. Un controlador que contienealgoritmos preprogramados que son usualmente accesibles,configurables y asignables y permite un número de variablesde proceso a ser controladas por un solo dispositivo.Controlador Lógico Programable (PLC). Un controlador,usualmente con entradas y salidas múltiples, que contiene unprograma que se puede alterar.Convertidor. Un dispositivo que recibe información enalguna forma de señal y transmite una señal de salida enalguna otra forma. El convertidor también se le llamatransductor, aunque el término transductor no se recomiendautilizarse para conversión de señales.Corrimiento. Cualquier cambio paralelo de la curva deentrada -salida.
  98. 98. 98#DefinicionesDigital. Término aplicado a una señal o dispositivo que utilizadígitos binarios para representar valores continuos o estadosdiscretos.Dispositivo de cómputo. Un dispositivo o función queejecuta uno o más cálculos u operaciones lógicas, o ambas,y transmite uno o mas señales de salida resultantes. Estambién llamado relevador de cómputo.Elemento Final de Control. Dispositivo que cambia el valorde la variable manipulada directamente de un lazo de control.Elemento Primario. Parte de un instrumento o un lazo, quedetecta el valor de una variable de proceso, o que asume unestado o salida predeterminada. El elemento primario puedeestar separado o integrado con otro elemento funcional de uncircuito, también se le conoce como detector o sensor.
  99. 99. 99#DefinicionesEstación de Control. Estación manual de carga que tambiénproporciona la transferencia entre los modos de controlautomático y manual de un circuito de control. Se conocetambién como estación automático y manual.Estación Manual de Carga. Dispositivo que cuenta con unasalida ajustable manualmente que se usa para actuar uno omás dispositivos remotos, pero que no puede ser usada paratransferir entre los modos de control automático y manual deun circuito de control.Error. Es la diferencia algebraica entre la indicación actual yel valor verdadero de una magnitud medida. A menudoexpresado como un porcentaje del SPAN O del valor aescala total. Los valores positivos del error denotan laindicación del instrumento es más grande que el valor real.
  100. 100. 100#DefinicionesExactitud. Límites dentro de los cuales puede variar el valorestablecido de una propiedad del proceso con respecto a suvalor. Esta se expresa generalmente en un porcentaje de laescala total.Frecuencia Natural. Frecuencia a la cual el sensor, bajocondiciones de carga resonará con algunas fuentes defrecuencia externa.Función. Propósito de o acción realizada por un dispositivo.Histéresis. La diferencia en la señal de medición para unvalor dado de una variable de proceso cuando se alcanzaprimero desde una carga cero y después desde la escalatotal.
  101. 101. 101#DefinicionesIdentificación. Secuencia de letras y/o dígitos usados paradesignar un instrumento individual o un circuito.Instrumento. Dispositivo utilizado para medir y/o controlaruna variable directa o indirectamente. El término incluyeelementos primarios, finales, dispositivos de cómputo ydispositivos eléctricos como alarmas, interruptores y botonesde paro.Instrumentación. Es la rama de la ingeniería involucradacon la aplicación de los instrumentos a un proceso industrialpara medir o controlar alguna variable y es referida a todoslos instrumentos para cumplir este propósito.
  102. 102. 102#DefinicionesInterruptor. Dispositivo que conecta, desconecta o transfiereuno o más circuitos, y que no es designado comocontrolador, un revelador o una válvula de control. EIinterruptor es un dispositivo que (I mide (I la variable y opera(abre o cierra) cuando ésta alcanza un valor predeterminado.Lazo. Combinación de dos o mas instrumentos o funcionesde control arregladas para el propósito de medir y/o controlaruna variable de procesoLinealidad. Se define como la desviación máxima a partir deuna línea recta que une el valor de la señal de medición acarga cero con la señal de medición a una carga dada.Local. Localización de un instrumento que no esta en eltablero ni atrás del tablero. Los instrumentos locales estáncomúnmente en la vecindad de un elemento final de control.
  103. 103. 103#DefinicionesLongitud de Inmersión. Longitud desde el extremo libre delpozo o bulbo al punto de inmersión en el medio al cual seestá midiendo la temperatura.Luz Piloto. Luz que indica un número de control normales deun sistema o dispositivo. También se le conoce como luzmonitora.Medición. Determinación de la existencia o magnitud de unavariable. Los instrumentos de medición incluyen todos losdispositivos usados directa o indirectamente para estepropósito.Modos de Control. Método con el cual un controladorcontrarresta la desviación de una señal de su punto deajuste.
  104. 104. 104#DefinicionesMontado en Tablero. Término aplicado a un instrumentoque esta montado en el panel frontal del tablero y que esaccesible al operador para su uso normal.Parte posterior del tablero. Término aplicado al área que seencuentra atrás del tablero y que contiene los instrumentosque no es necesario que se encuentren accesibles aloperador para su uso normal.Proceso. Cualquier operación o secuencia de operacionesque involucre un cambio de estado, de energía, decomposición, de dimensión de otra propiedad que puededefinirse con respecto a un dato.Programa. Secuencia repetida de acciones que definen elestado de las salidas en relación a un conjunto de entradas.
  105. 105. 105#DefinicionesPunto de Ajuste. (Set -Point, SP) magnitud predeterminadade una variable de proceso que el controlador trata demantener.Punto de Prueba. Conexión de proceso en la cual no hayinstrumento conectado permanentemente, pero la cual estácolocada para usarse temporal o permanentemente para laconexión futura de un instrumento.Rango. Región entre cuyos límites una cantidad se mide,recibe o transmite.Rango de Operación. (SPAN) Diferencia algebraica entrelos valores de más bajo y más alto rango.Rango Compensado de Temperatura. Rango detemperaturas sobre el cual el sensor se compensa paramantener el rango de operación y el balance del cero dentrode los límites especificados.
  106. 106. 106#DefinicionesRangeabilidad. La relación entre los valores de más alto ymás bajo rango.Relevador. Dispositivo que recibe información en la forma deuna o más señales de instrumento, modifica la información osu forma o ambas si se requiere, envía una o más señalesresultantes y no es designado como controlador, interruptor oalgún otro, el término relevador se aplica especialmentetambién a un interruptor eléctrico que es actuadoremotamente por una señal eléctrica.Reluctancia. Oposición que presenta una sustanciamagnética al flujo magnético. Se expresa como la relación dela diferencia de potencial magnético, al flujo correspondiente.
  107. 107. 107#DefinicionesRepetibilidad. La capacidad de un instrumento de generaruna señal de medición cuya magnitud permanecerá dentrode los límites establecidos de repetibilidad bajo idénticascondiciones de proceso sucediendo en tiempos diferentes.Resolución. El cambio más pequeño en la variable deproceso que produce un cambio detectable en la señal demedición expresado en porcentaje de la escala total.Respuesta. Comportamiento de la salida de un dispositivocomo función de la entrada, ambos con respecto al tiempo.Reproducibilidad. La exactitud con que un a medición y otracondición puede ser duplicada a través de un periodo detiempo.Ruido. Perturbaciones externas o cualquier otra señal queno aporta información.
  108. 108. 108#DefinicionesSistema de control distribuido. Un sistema integradofuncionalmente que consiste de subsistemas separadosfísicamente y localizados remotamente uno de otro.Sensitividad. (Sensibilidad) La razón de cambio en la salidacausada por un cambio en la entrada, después que se haalcanzado el estado estacionario. Se expresa como larelación numérica en unidades de medición de las doscantidades establecidas.Señal. Información que en forma neumática, eléctrica, digitalo mecánica, se transmite de un componente de un circuito deinstrumentación a otro.Tablero. Una estructura que contiene un grupo deinstrumentos montados en él y al cual se le da unadesignación individual. Pueden consistir de una o más
  109. 109. 109#Definicionescasillas, secciones escritorios o paneles. Es el punto deinterfase entre el proceso y el operador.Telemetría. La práctica de transmitir y recibir la medición deuna variable para lectura u otros. El término se aplicacomúnmente a sistemas de señal.Termistor. Resistor eléctrico cuya resistencia varia con latemperatura.Tiempo de Respuesta. Intervalo de tiempo requerido paraque la señal de "-~ medición de un detector alcance unporcentaje especifico de su valor final comoresultado de un cambio de escalón en la variable de proceso.Tiempo Muerto. Intervalo de tiempo entre la iniciación de uncambio en la entrada y el comienzo de la respuestaresultante.
  110. 110. 110#DefinicionesTransmisor. Dispositivo que detecta el valor de una variablede proceso por medio de un elemento primario (o sensor) yque tiene una salida cuyo valor de estado estacionario variasólo como una función predeterminada de la variable deproceso. Elemento primario puede o no ser integral altransmisor.Válvula de Control. Elemento final de control, a través delcual, un fluido pasa, que ajusta la magnitud del flujo de dichomediante cambios en el tamaño de su abertura y de acuerdocon la señal que recibe del controlador, y así lograr la accióncorrectiva necesaria.Variable. Cualquier fenómeno que no es de estadonecesario sino que involucra condiciones continuamentecambiantes.
  111. 111. 111#Reglas para la identificación deinstrumentosa) Cada instrumento o función a ser identificado se ledesigna un código alfanumérico o número de identificación:TIC-103b) El número del instrumento puede incluir información delcódigo de área o series específicas. Normalmente la serie900 a 99 puede ser utilizada para instrumentos relacionadoscon seguridad.c) Cada instrumento puede representarse en un diagramapor un símbolo que puede acompañarse con unaidentificación.IDENTIFICACIÓNFUNCIONALNÚMERO DELINSTRUMENTO
  112. 112. 112#Reglas para la identificación deinstrumentosd) La identificación funcional del instrumento consiste deletras de acuerdo a la tabla, en donde la primer letra designala variable inicial o medida y una o mas letras subsecuentesidentifican la función del instrumento.TICVARIABLE MEDIDA(Temperatura)FUNCIÓN(Indicador Controlador)
  113. 113. 113#Identificación deinstrumentos
  114. 114. 114#Combinaciones en la identificación
  115. 115. 115#Reglas para la identificación deinstrumentose) La identificación funcional del instrumento se realiza deacuerdo a la función y no a la construcción (por ejemplo, untransmisor de nivel LT en lugar de un transmisor de presióndiferencial PDT).f) El número de letras utilizado debe ser el mínimo paradescribir al instrumento.g) Un instrumento multifuncional puede ser simbolizado pormás de un instrumento.
  116. 116. 116#Notas para la identificación deinstrumentos1. Para cubrir las designaciones no normalizadas quepueden emplearse repetidamente en un proyecto se hanprevisto letras libres. Estas letras pueden tener unsignificado como primera letra y otro como letra sucesiva.Por ejemplo, la letra N puede representar como primeraletra el modelo de elasticidad y como sucesiva unosciloscopio.2.La letra sin clasificar X, puede emplearse en lasdesignaciones no indicadas que se utilizan solo una vez oun numero limitado de veces. Se recomienda que susignificado figura en el exterior del circulo de identificacióndel instrumento. Ejemplo XR-3 Registrador de Vibración.
  117. 117. 117#Notas para la identificación deinstrumentos3. Cualquier letra primera se utiliza con las letras demodificación D (diferencial), F (relación) o Q(interpretación) o cualquier combinación de las mismascambia su significado para representar una nueva variablemedida. Por ejemplo, los instrumentos TDI y TI miden dosvariables distintas, la temperatura diferencial y latemperatura, respectivamente.4.La letra A para análisis, abarca todos los análisis noindicados en la tabla anterior que no están cubiertos poruna letra libre. Es conveniente definir el tipo de análisis allado del símbolo en el diagrama de proceso.
  118. 118. 118#Notas para la identificación deinstrumentos5.El empleo de la letra U como multivariable en lugar deuna combinación de primera letra, es opcional.6.El empleo de los términos de modificaciones alto, medio,bajo, medio o intermedio y exploración, es opcional.7.El termino seguridad, debe aplicarse solo a elementosprimarios y a elementos finales de control que protejancontra condiciones de emergencia (peligrosas para elequipo o el personal). La designación PSV se aplica atodas las válvulas proyectadas para proteger contracondiciones de emergencia de presión sin tener en cuentalas características de la válvula y la forma de trabajo lacolocan en la categoría de válvula de seguridad, válvula dealivio o válvula de seguridad de alivio.
  119. 119. 119#Notas para la identificación deinstrumentos8.La letra de función pasiva vidrio, se aplica a losinstrumentos que proporciona una visión directa nocalibrada del proceso.9.La letra indicación se refiere a la lectura de una medidareal de proceso, No se aplica a la escala de ajuste manualde la variable si no hay indicación de ésta.10.Una luz piloto que es parte de un bucle de control debedesignarse por una primera letra seguida de la letrasucesiva I.11.El empleo de la letra U como multifunción en lugar deuna combinación de otras letras es opcional.
  120. 120. 120#Notas para la identificación deinstrumentos12.Se supone que las funciones asociadas con el uso de laletra sucesiva Y se definirán en el exterior del símbolo delinstrumento cuando sea conveniente hacerlo así.13.Los términos alto, bajo y medio o intermedio debencorresponder a valores de la variable medida, no a los dela señal a menos que se indique de otro modo. Porejemplo, una alarma de nivel alto derivada de una señal deun transmisor de nivel de acción inversa debe designarseLAH incluso aunque la alarma sea actuada cuando la señalcae a un valor bajo.
  121. 121. 121#Notas para la identificación deinstrumentos14.Los términos alto y bajo, cuando se aplican a válvulas,o a otros dispositivos de cierre apertura, se definen comosigue:Alto: indica que la válvula esta, o se aproxima a la posiciónde apertura completa.Bajo: Denota que se acerca o esta en la posicióncompletamente cerrada.
  122. 122. 122#Ejercicio 1Efectuar la identificación funcional de los siguientesinstrumentos:a) LICb) PYc) FVd) FQIe) WTf) TEg) AICh) SRi) TAHHj) LSL
  123. 123. 123#Ejercicio 2Indicar los códigos alfanuméricos de los siguientesinstrumentos:a) Registrador de temperaturab) Convertidor electroneumático de presiónc) Interruptor por bajo nivel de flujod) Totalizador de flujoe) Indicador de velocidadf) Termopozo de temperaturag) Controlador de presiónh) Válvula de control de análisisi) Alarma por muy alta presiónj) Relevador de presión
  124. 124. 124#Tips para numeración de instrumentos• Utilizar un número básico si el proyecto es pequeño y no hay númerosde área, unidad o planta:– Número básico FT-2 o FT-02 o FT-002• Si el proyecto tiene pocas áreas, unidades o plantas (9 o menos),utilizar el primer dígito del número de la planta como el tag:– FT-102 (1 = número de área, unidad, o planta)• Si el proyecto es divido en áreas, unidades o plantas:– FT-102– FT-1102– FT-111002
  125. 125. 125#• Algunos proyectos utilizan una secuencia numérica para cada variable deproceso:– FIC-001, FIC-002, FIC-003, etc.– LIC-001, LIC-002, LIC-003, etc.– PIC-001, PIC-002, etc.• Algunos proyectos predeterminan bloques de números:– Para indicadores, PI-100 a 300 o TI-301 a 400– Para dispositivos de seguridad, PSV-900 a 999Tips para numeración de instrumentos
  126. 126. 126#• Algunos proyectos utilizan una secuencia numérica recta:– FT-1, FIC-1, FV-1– LT-2, LIC-2, LV-2– FT-3, FR-3• La mayoría de los proyectos utilizan los sufijos A y B si dos instrumentos en elmismo lazo tienen identificaciones idénticas:– PV-006A, PV-006BTips para numeración de instrumentos
  127. 127. 127#Símbolos generales de instrumentosLOCALIZACIÓNPRIMARIA*** NORMALMENTEACCESIBLE ALOPERADORMONTADOEN CAMPOLOCALIZACIÓNAUXILIAR*** NORMALMENTEACCESIBLE ALOPERADORINSTRUMENTOSDISCRETOSMONITOREO COMPARTIDOCONTROL COMPARTIDOFUNCIÓNDE COMPUTOCONTROL LÓGICOPROGRAMABLE1 2 34 5 67 8 910 11 12
  128. 128. 128#Símbolos de instrumentosLOCALIZACIÓNPP En línea de procesoLO En campo, localPNB En tablero principal de controlBPNB Parte posterior del tableroPNBL En tablero de control localSUMINISTROSSA Suministro de aireSE Suministro eléctricoSG Suministro de gasSH Suministro hidráulicoSN Suministro de nitrógenoSS Suministro de vaporSW Suministro de aguaLI2702SA
  129. 129. 129#Bloques de funciones de instrumentos
  130. 130. 130#Simbología de líneas en los diagramas(1) SUMINISTRO A PROCESO *O CONEXIÓN A PROCESO(2) SEÑAL NO DEFINIDA(3) SEÑAL NEUMÁTICA **(4) SEÑAL ELÉCTRICA(5) SEÑAL HIDRAÚLICA(6) TUBO CAPILAR(7) SEÑAL SÓNICA O ELECTROMAGNÉTICA(GUÍADA)***(8) SEÑAL SÓNICA O ELECTROMAGNÉTICA(NO GUÍADA)***(9) LÍNEA DE SISTEMA INTERNO (LÍNEA DEDATOS O DE SOFTWARE)(10) LINEA MECÁNICA(11) SEÑAL NEUMÁTICA BINARIA(12) SEÑAL BINARIA ELÉCTRICASÍMBOLOS BINARIOS OPCIONALES
  131. 131. 131#Simbología de válvulas
  132. 132. 132#Acción del actuador a falla de energíaABRE A FALLA CIERRA A FALLACIERRA A FALLAA VÍA A-CABRE A FALLAVÍAS A-C Y D-BSE BLOQUEA A FALLA(LA POSICIÓN NO CAMBIA)POSICIÓN INDETERMINADAA FALLA
  133. 133. 133#Ejemplos desimbología deelementosprimarios deflujo
  134. 134. 134#Ejemplos derelevadoresde cómputo
  135. 135. 135#Diagrama esquemático
  136. 136. 136#Diagrama esquemático
  137. 137. 137#Diagramas de lazo y el índice de instrumentosAunque los DTI’s son muy importantes, no contienen todala información necesaria. Los documentos básicos quecomplementan la información del DTI son:- Diagramas funcionales de instrumentación o diagramasde lazo.- Indice de instrumentos.
  138. 138. 138#Diagrama funcional de instrumentación o delazoEs un diagrama que muestra todos los dispositivos en unlazo específico utilizando la simbología que identifica lasinterconexiones, e incluye número e identificación deconexiones, tipo de cables y tamaños, tipos de señal, etc.La mayoría de la gente considera que el diagrama funcionalde instrumentación es el documento más importante paraun instrumentista.Siempre que se requiera la localización de fallas, eldiagrama funcional de instrumentación es un documentomuy valioso, ya que contiene suficiente información paracombrobar o verificar averías en ese lazo, ya que no sólocontiene el diagrama de cableado, sino que muestra todoslos dispositivos conectados a ese lazo.
  139. 139. 139#• Usos– Diseño– Construcción– Puesta en marcha– Operación– Mantenimiento– Modificaciones• Tipos– Neumático– Electrónico– Despelgados compartidosDiagrama funcional de instrumentación o delazo
  140. 140. 140#Ejemplos de diagramas funcionales deinstrumentaciónFIC301J100J110A8A951XJA111213123+-FE301FT301A8A9UJA141567+-FV301FY301O SAS 20 PSIGCTB 1CTB 2Cable50-1-1Cable50-1-2Cable-3BPR-14PR-15PR-1PR-2Shield BendBack & TapeShield BendBack & TapeJB30JB40Área de proceso en campo Área de cableado Gabinete ConsolaCable -4ASetpoint
  141. 141. 141#Indice de instrumentosEl índice de Instrumentos es una lista alfanumérica detodos los instrumentos que se muestran en el DTI,proporcionando los datos para la instalación, la puesta enmarcha, el mantenimiento y las modificaciones.Los datos incluidos en el índice de instrumentos varía ydepende de la complejidad de la instrumentación de lasplantas.Básicamente el índice de instrumentos debe incluir el tag,la descripción, la localización física, la referencia cruzadacon otros documentos asociados o dibujos. El índice deinstrumentos es una herramienta muy útil para proyectosfuturos si es actualizada.
  142. 142. 142#Indice de instrumentos típico
  143. 143. 143#Indice de instrumentos típicoTag # Desc. DTI # UltimaCalib.Calib.porFecha Cal.esperadaRangode Calib.PeligrosLI-50 VS. 50 H2s 103 Aug 01 AWS Aug 02 0-75“H2OH2SLAL-50 VS. 50 H2S – Alarmaen nivel bajo103 Aug 01 AWS Aug 02 10”H2O H2SLSLL-50VS. 50 H2S – Switchen nivel bajo103 Aug 01 AWS Aug 02 5”H2O H2SLT-100 VS. 100 - K.O. Drum 103 May 02 DAL Nov 02 0-125“H2OLI-100 VS. 100 - K.O. Drum 103 May 02 DAL Nov 02 0-100% --LT-201 VS. 201 – Columna dedestilación205 Nov 02 BJP Feb 03 0-164“H2ON2 BlanketLIC-201 VS. 201 – Columna dedestilación205 Nov 02 BJP Feb 03 0-100%
  144. 144. 144StandardsCertificationEducation & TrainingPublishingConferences & ExhibitsINSTRUMENTACIINSTRUMENTACIÓÓNNBBÁÁSICA DE PROCESOSSICA DE PROCESOSINDUSTRIALESINDUSTRIALESCAPCAPÍÍTULO 3TULO 3MEDICIMEDICIÓÓN DE TEMPERATURAN DE TEMPERATURAM. en C. Armando Morales Sánchez16, 17 y 18 de mayo del 2007
  145. 145. 145#El Lazo de controlELEMENTOFINAL DECONTROLPROCESOELEMENTOPRIMARIODE MEDICIONCONVERTIDOR OTRANSDUCTORTRANSMISORPERTURBACIONESPUNTO DE AJUSTEVARIABLECONTROLADAVARIABLEMANIPULADACONTROLADORm(t)c(t)d(t)e(t)=R(t)-c(t)R(t)
  146. 146. 146#Elemento primario de mediciónEl elemento primario de medición, detector o sensor es uninstrumento, que puede formar parte de un lazo de control,que primero detecta o sensa el valor de la variable deproceso y que asume un estado o salida legible,correspondiente y predeterminado.Contempla generalmente dos partes: un sensor o elementoprimario de medición que mide la variable controlada c(t), ala que se llamará más adelante como variable de procesoPV, y la transforma a un tipo diferente de energía.
  147. 147. 147#Elemento primario de mediciónLas señales eléctricas estándar manejadas son: 4-20mA.C.D., 0-5 V.C.D. y 0-10 V.C.D. Así por ejemplo, si sedesea medir una temperatura de 0-700oC, la señal de 4mA. corresponderá a 0oC. y la señal de 20 mA.corresponderá a 700oC.La razón básica de la señal estándar es utilizarsolamente un solo tipo de controlador universal que seaplique a cualquier variable de proceso (temperatura,flujo, nivel, presión, peso, densidad, conductividad, etc.).En algunos casos, el elemento primario de medición y eltransmisor vienen en un solo instrumento, como es elcaso de los transmisores de presión.
  148. 148. 148#El ControladorSu función es fijar la variable controlada c(t) en un valordeseado R(t), conocido como punto de ajuste o “setpoint”, mediante la manipulación de su salida o variablemanipulada m(t) a través de un actuador que interactúadirectamente en el proceso. Este controlador en suentrada y salida maneja también señales eléctricasestándar e incluyen internamente el comparador ogenerador de la señal de error.
  149. 149. 149#El Elemento Final de ControlConvierte la señal estándar recibida por el controlador enuna señal adecuada para interactuar con el proceso y asímodificar o mantener el valor de la variable controlada.Normalmente contempla dos partes: un transductor y unelemento final de control. Por ejemplo, si el elemento finalutilizado es una válvula de control, se requiere untransductor que convierta la señal eléctrica de 4-20mA.C.D. en una señal de aire con una presión de 3-15PSIG (lb/pulg2).
  150. 150. 150#Medición de temperatura" La Temperatura es una manifestación del promedio deenergía cinética, ondulatoria y de traslación de lasmoléculas de una sustancia".Las unidades de temperatura son establecidas en cincoescalas arbitrarias: escala Farenheit °F, escala Centigrada°C, escala Kelvin K, escala Rankine °R y escala Reamur°RLa conversión más común es de °C a °F.°C= (°F-32)/1.8°F=1.8 °C +32
  151. 151. 151#Escalas de temperaturaEscala CeroAbsolutoFusión delHieloEvaporaciónKelvin 0°K 273.2°K 373.2°KRankine 0°R 491.7°R 671.7°RReamur -218.5°Re 0°Re 80.0°ReCentígrada -273.2°C 0°C 100.0°CFahrenheit -459.7°F 32°F 212.0°F
  152. 152. 152#Escalas de Temperatura: Más comunes• Fahrenheit– El agua se congela a 32°F, y hierve a 212°F– A nivel del mar• Celsius (centigrados antes de 1948)– El agua se congela a 0°C, hierve a 100°C– A nivel del mar• °F= (°C x 1.8) + 32• °C= 5/9 (°F -32)
  153. 153. 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 tamaño que la escala enCelsius– Escala de temperatura Internacional de 1990• Rankine:– El paralela a la escala termodinámica pero en unidades gradostiene el mismo tamaño que en la escala Fahrenheit– °R=°F + 459.64
  154. 154. 154#Uso de la medición de temperaturaLa detección, medición y control de temperatura en procesosindustriales es deseada en los siguientes casos:-En operaciones que involucran transferenciade calor, como los intercambiadores de calor,hornos, rehervidores, evaporadores ocalderas.- Control de reacciones químicas sensibles ala temperatura.- Operación de equipos, como torres dedestilación, tanques de almacenamiento,torres de enfriamiento, mezcladores,cristalizadores, etc.
  155. 155. 155#Uso de la medición de temperatura- Monitoreo del funcionamiento de equipo rotatorio, paraprevenir calentamiento, como turbinas, compresores,bombas y motores en general.- Control de temperatura de productos y límites de planta.
  156. 156. 156#Medición inferencial de temperaturaLos instrumentos de temperatura utilizan diversos fenómenosque son influidos por la temperatura:a) Variaciones en volumen o en estado de los cuerpos(Termómetros de vidrio y bimetálicos, sistemas termales);b) Variación de resistencia de un conductor (Bulbos deresistencia RTD, termistores);c) Generación de una f.e.m. creada en la unión de dosmetales distintos (termopares);d) Intensidad de la radiación total emitida por el cuerpo(pirómetros de radiación);e) Otros fenómenos utilizados en laboratorio (velocidad delsonido en un gas, frecuencia de resonancia de un cristal,etc.)
  157. 157. 157#TermómetrosTERMÓMETROSDE VIDRIO BIMÉTALICOSCLÍNICOS INDUSTRIALES
  158. 158. 158#Termómetros de vidrioEl termómetro de líquido encerrado son los más familiares yconstan de un depósito de vidrio que contiene, por ejemplo,mercurio y que al calentarse se expande y aumenta su volumenen el tubo capilar.Su bulbo, relativamente grande en la parte más baja deltermómetro, contiene la mayor cantidad del líquido, el cual seexpande cuando se calienta y sube por el tubo capilar en elcual se encuentra grabada una escala apropiada con marcas.Los líquidos más usados son alcohol y mercurio.El mercurio no puede usarse debajo de su punto decongelación de -38.78°F (-37.8°C) y por arriba de su punto deebullición a 357 oC, con la ventaja de ser portátil.
  159. 159. 159#Termómetros de vidrioMercurio...........................................................-35 hasta +280 ºCMercurio (tubo capilar lleno de gas).................-35 hasta+450 ºCPentano...........................................................-200 hasta +20 ºCAlcohol............................................................-110 hasta +50ºCTolueno.......................................................... -70 hasta +100ºCEl alcohol tiene un coeficiente de expansión más alto que el delmercurio pero esta limitado a mediciones de baja temperatura,hasta -110 oC, debido a que tiende a hervir a temperaturasaltas, su punto de ebullición es a 78 oC.
  160. 160. 160#Termómetro bimetálicoLos termómetros bimetálicos se basan en el coeficiente dedilatación de dos metales diferentes, tales como latón, monel oacero y una aleación de ferroníquel o Invar laminadosconjuntamente. La diferencia en la relación de coeficiente deexpansión de cada metal provoca que el elemento bimetálico se doble.Las láminas bimetálicas van unidas y pueden ser rectas ocurvas, formando espirales o hélices.
  161. 161. 161#Fixed EndFree End Attachedto Pointer ShaftRotating ShaftBulb5 67891043210BulboExtremo fijoExtremo libreconectado aleje del indicadorEje giratorioTermómetro bimetálicoFREE ENDFIXED ENDHIGHEXPANSIONCOEFFICIENTLOWEXPANSIONCOEFFICIENTFREE ENDFIXED ENDEXTREMO LIBREEXTREMO FIJOEXTREMO FIJOEXTREMO LIBREALTOCOEFICIENTEDE EXPANSIÓNBAJOCOEFICIENTEDE EXPANSIÓNCuando se unen los dos metales y enredados en espiral, la expansiónprovoca que el lado libre rote. Este es un instrumento relativamentebarato, pero es inexacto y lento en relación a su respuesta.
  162. 162. 162#Termómetro bimetálicoEste instrumento contiene pocas partes móviles, sólo la agujaindicadora sujeta al extremo libre de la espiral o de la hélice y elpropio elemento bimetálico. El eje y el elemento están sostenidos concojinetes y el conjunto está construido con precisión para evitarrozamientos. La precisión del instrumento es de 1% y su campo demedida (rango) es de –200 a +500 ºC.Este instrumento es el indicador local de temperatura mascomúnmente utilizado.
  163. 163. 163#Sistemas TermalesEste es uno de los métodos más antiguos utilizados paraindicación local, registro y control y actualmente su uso se limitaa transmisores, sobretodo en lazos neumáticos. Básicamentees un medidor de presión que consiste de:- Un bulbo sensitivo, inmerso en el medio a medir.- Un tubo capilar conectado del bulbo al dispositivo de lecturapara que cuando la temperatura del bulbo cambia, el gas o ellíquido en el bulbo se expanden y la espiral tiende adesenrollarse moviendo,- Un dispositivo indicador actuado por presión para efectuar laindicación de temperatura.
  164. 164. 164#Mecanismo del sistema termalbulbocapilarDispositivoindicador
  165. 165. 165#Compensación del sistema termalUno de los problemas básicos de este sistema es el errorinducido por las variaciones en la temperatura ambiente,por lo que requiere una compensación.La compensación puede ser de dos tipos: En caja pormedio de un elemento bimetálico que tiende a anular losefectos de la temperatura ambiente sobre el receptor; yTotal por medio de otro capilar paralelo que este sometidoa los mismos efectos y los contrarresta, sobretodo cuandola extensión del capilar es considerable
  166. 166. 166#Compensación del sistema
  167. 167. 167#Clasificación del sistema termalDe acuerdo a la Asociación de Fabricantes de AparatosEléctricos (SAMA) existen cuatro grupos de acuerdo alfluido de llenado y al rango:- Clase I Llenado con líquidos (cambios de volumen)- Clase II Llenado con vapor (cambios de presión)- Clase III Llenado con gas (cambios de presión)- Clase V Llenado con mercurio (cambios de volumen)El rango de medición de estos instrumentos varía entre –40 hasta +500 ºC, dependiendo del tipo de líquido, vaporo gas que se emplee.
  168. 168. 168#Comparación de lossistemas termalesNO USO ENCONTROLPARA CONTROL-270 A 160TOTALGASIIIBNO USO ENCONTROLSIN COMPLINEAL-270 A 160TOTALGASIIIAMANEJO DEHG150 %-40 A 640TOTALMERCURIOVAMANEJO DEHG-40 A 640EN CAJAMERCURIOVBNO LINEALNO LINEALNO LINEALLINEALEXCEPTO ABAJA TLINEALEXCEPTO ABAJA TLINEALIDAD DELA ESCALANINGUNONECESARIOCOMPENSARNECESARIOCOMPENSARLODEBE SERCOMPENSADOEFECTO DE LACOLUMNAHIDROSTATICANO150%150%150%CAPACIDADDESOBRERANGONO COMP. PORT AMB.NO COMP. PORT AMB.CAPILARESGRANDESCAPILARESGRANDESCOSTO MENORVENTAJAS4 A 5 s4 A 5 s4 A 5 s6 A 7 s6 A 7 s6 A 7 sVELOCIDADRESPUESTA SINTERMOPOZONOEN CAJAEN CAJAEN CAJATOTALNOCOMPENSADOCOMPENSACION0 A 1850 A 3500 A 350-90 A 370-90 A 370-90 A 370TEMPERATURAoCNO TIENESOBRECARGAVAPORIICVAPORIIBVAPORIIADIFICIL EN TAMBIENTELIQUIDO1BESCALALINEALCAPILARCORTO,LIQUIDO1ALIMITACIONESFLUIDO DELLENADOCLASIFICACIONSAMACaracterísticas
  169. 169. 169#Características de los sistemas termalesVoluminoso, tiempo de respuesta lento, capilar sensible (requiereprotección)El tamaño del sensor es mayor que los sensores eléctricos.Varios sistemas se pueden instalar en una sola cajaLa sensitividad y exactitud son comparativamente mas bajos que lamayoría de los sensores eléctricos.Amplia variedad de gráficas de registro disponibleLa falla del bulbo o del capilar implica el reemplazo total del sistema.El sistema es autocontenido y no necesitaalimentación de energía para sufuncionamientoNo adecuados para temperaturas arriba de 750 oCCosto inicial relativamente bajoRequiere señal de transmisión, si esta localizado a mas de 50 m delsistemaPrincipio de operación simpleEl costo de reemplazo es mas alto que en la mayoría de los sistemaseléctricosConstrucción robustaLIMITACIONESVENTAJAS
  170. 170. 170#El termopar es uno de los métodos más simples para medirtemperatura. En 1821 Seebeck señaló que si se unían dos metalesdistintos por sus extremos y si se someten a temperaturas diferentes,entre las uniones aparecen fuerzas electromotrices generadas queestán en función de la diferencia de temperaturas en la unión y del tipode metal utilizado para fabricar la unión. La ecuación que se cumple es:FEM (mV) = a + bT + cT2En su forma más simple, un termopar consiste de dos alambres, cadauno hecho de un metal homogéneo diferente o aleación. Los alambresson unidos en un extremo para formar una junta de medición. Estajunta de medición es expuesta al medio a ser medido. El otro extremode los alambres van usualmente a un instrumento de medición, dondeforman una junta de referencia. Cuando las dos juntas están adiferentes temperaturas, se producirá una f.e.m. (fuerza electromotriz).Termopar
  171. 171. 171#TermoparMetal A (+)Metal B (-)Zona deTemperatura T1Zona deTemperatura T2T1 ≠T2FEM = EJunta demedición(juntacaliente)Junta dereferencia(junta fría)
  172. 172. 172#La fem en la junta caliente es manifestación del EfectoPerlier, este efecto involucra la liberación o absorción decalor en la unión cuando fluye corriente a través de el y de ladirección del flujo depende si el efecto es de calentamiento oenfriamiento.En el efecto Thompson se desarrolla una segunda fem,debido al gradiente de temperatura de un conductor sencilloy homogéneo.Efectos en el termopar
  173. 173. 173#1. En un circuito formado por un solo metal, la FEMgenerada es cero, cualquiera que sean las temperaturas.2. Si se interrumpe un circuito termoeléctrico en una de susuniones intercalándose un nuevo metal, la FEM generadapor el circuito no cambia a condición de que los extremosdel nuevo metal sean mantenidos a la misma temperaturaque había en el punto de interrupción y de que latemperatura en la otra unión permanezca invariable.3. En un circuito formado por dos metales diferentes la FEMgenerada es diferente de cero, siempre y cuando lastemperaturas sean diferentes en la unión caliente conrespecto de la unión fría.Leyes de la Termoelectricidad
  174. 174. 174#Compensación por junta fríaJunta de medición y de referencia (industrial)Junta de medición y de referencia (laboratorio)JUNTA DEMEDICIÓNT1T2 JUNTA DE REFERENCIAAL INSTRUMENTODE MEDICIÓNBAÑO DEHIELOALAMBRESDE COBREALAMBRE DE HIERROALAMBRE DE CONSTANTANOJUNTA DEMEDICIÓNINSTRUMENTOT1 TERMOPAR+-JUNTA DEREFERENCIAPara prevenir errores porefectos de la junta fría, seefectúa una compensación,por medio de un baño dehielo o por medio de circuitoscompensadores quesuministran una femconstante.
  175. 175. 175#Oxidante o reductoraOxidanteOxidanteOxidanteReductora, no corrosivosOxidanteOxidanteInerte, ligeramenteoxidanteAtmosfera recomendada-190 a 400-18 a 1760-18 a 1700-190 a 1370-195 a 760-195 a 9001650 a 23150 a 1860Rango °CBuenaBuenaBuenaEl mas linealBuena, lineal de 150 a450BuenaBuenaBuena debajo de 500LinealidadTemperatura limitadaCobre (+)Constantano (-)TRango de temperaturaPlatino 10% Rodio (+)Platino (-)SPequeño, respuestarapidaPlatino 13% Rodio (+)Platino (-)RAlta resistencia a lacorrosionCromo (+)Alumel (-)KEl mas economicoAcero (+)Constantano (-)JAlta resolucion mV/oCCromo (+)Constantano (-)EAlto costoW5Re Tungsteno 5% Rhenium (+)W26Re Tungsteno 26% RheniumCAlto costoPlatino 30%, Rodio (+)Platino 6%, Rodio (-)BCaracterísticasMaterialesTipo deTermoparMateriales de construcción
  176. 176. 176#Materiales de construcciónTipos de termoparesRelación de temperatura vs F.E.M. del termoparTEMPERATURAF.E.M.MILIVOLTS2 4 6 8 10 12 14 16 18706050403020100EJKRSBTTIPO DENOMINACIÓN 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% RHPOSITIVO NEGATIVO
  177. 177. 177#Formas de conexión de termoparesMedición diferencial de temperatura con dos termopares+-+--+TERMOPARESCONEXIONESCAJA DECONEXIÓNESCABLES DEEXTENSIÓNINSTRUMENTOCABLESDE COBRET1T2T = T1-T2Termopares en paralelo+-+-TERMOPARESCONEXIONES CAJA DECONEXIÓNESCABLES DEEXTENSIÓNINSTRUMENTOT1T2T = (T1+T2)/2+-
  178. 178. 178#Formas de conexión de termoparesConexiones correcta del termopar+-+-HIERROCONSTANTANOJUNTA DEREFERENCIAT3CABLES DE EXTENSIÓNINSTRUMENTOT1BLOQUE DECONEXIONEST2HIERROCONSTANTANOConexiones incorrecta del termopar+-+-HIERROCONSTANTANOJUNTA DEREFERENCIAT3CABLES DE EXTENSIÓNINSTRUMENTOT1BLOQUE DECONEXIONEST2HIERROCONSTANTANO
  179. 179. 179#Cables de extensión de termoparesLos cables de extensión deben ser específicos para el tipode termopar utilizado, aunque para una transmisión a grandistancia puede utilizarse cobre, cuidando la temperatura ycomposición homogénea del conductor.
  180. 180. 180#Aspectos a cuidar en los termopares1. Puntos de fusión.2. Reacciones en varias atmósferas.3. Salida termoeléctrica combinada.4. Conductancia eléctrica.5. Estabilidad.6. Repetibilidad.7. Costo.8. Facilidad de manejo y fabricación.
  181. 181. 181#Ventajas y desventajas en lostermoparesVentajas:Determinación de la temperatura se realiza prácticamenteen un puntoLa capacidad calorífica de un termopar puede ser muypequeña, con lo que la respuesta a las variaciones detemperatura sería muy rápida.La salida del sensor es una señal eléctrica producida por elmismo termopar y por tanto no es necesario alimentarlocon ninguna corriente exteriorDesventajas:Es necesario mantener la unión de referencia a unatemperatura constante y conocida pues la incertidumbreen la temperatura de referencia produce una del mismoorden en la medida.
  182. 182. 182#Características de los termoparesEn sistemas de control digital requieren tarjetas especiales deentradaNo tiene partes móvilesSe deben escoger los materiales adecuados para resistiratmósferas oxidantes y reductorasTamaño pequeño y construcción robustaBaja exactitud cuando se compara con los RTD´sBuena exactitud y velocidad de respuestaLos voltajes en los conductores pueden afectar la calibraciónFácil calibración y reproducibilidadSusceptibles a ia inducción de ruidosAmplio rango desde 0 absolutos hasta 2500 oCSu lectura no es tan directa y se requiere procesamiento en suindicaciónLargas distancias de transmisión son posiblesSe deben evitar altos gradientes de temperaturaLa salida eléctrica es apropiada para accionardispositivos de indicación y controlSujetos a envejecimiento y contaminación de la junta calienteAmplia variedad de diseños comerciales disponiblesRelación de voltaje–temperatura no linealRelativamente baratosLIMITACIONESVENTAJAS
  183. 183. 183#TermopozoEl termopozo se utiliza como elemento de protección deltermopar y generalmente viene asociado con este.
  184. 184. 184#Termopozo tipo roscado
  185. 185. 185#Termopozo tipo bridado
  186. 186. 186#Termopozo tipo Van Stone
  187. 187. 187#Rangos de P y T de termopozos80 200 400 600 800 1000TEMPERATURA, oFPRESIÓN,PSI 500040003000200010000NIQUELHIERRO FUNDIDOMONELALUMINIOCOBREBRONCEACERO DE BAJO CARBONACERO INOXIDABLETIPOS 304, 316
  188. 188. 188#Tipos de termopares con su termopozoTipo ICabeza, conector tubulary tubo protector cerámicoTipo HCabeza, conector doble roscay tubo protector cerámicoTipo GCabeza, nipple, tuerca uniónnipple y termopozo bridadoTipo FCabeza, nipple, tuerca uniónnipple y termopozo roscadoTipo ECabeza, nipple de extensióny termopozo bridadoTipo DCabeza, nipple de extensióny termopozo roscadoTipo CCabeza y tubo protectorcon brida de montajeTipo BCabeza y tubo protectorcon buje de montajeTipo ACabeza y tubo protectorUn diseño para cada aplicaciónESPECIFICAR:- Calibración- Materiales- Dimensiones- Otros accesorios
  189. 189. 189#Instalación del termopozo(A) NORMAL(B) ANGLED(C) IN ELBOW(A) NORMAL(B) ANGULADO(C) EN CODO
  190. 190. 190#El RTD o bulbo de resistencia es un medidor de lavariación de la resistencia en función de la variación de latemperatura y solo se debe disponer de un alambrebobinado de metal puro, que permita tener unaresistencia alta. La ecuación que lo rige, de acuerdo aSiemens en 1871, es:donde R0 es la resistencia a la temperatura de referenciaen ohms (Ω), Rt es la resistencia a la temperatura en Ω, aes el coeficiente de temperatura del material y b, c soncoeficientes calculados.Detectores de Temperatura tipo resistencia(RTD)Rt = R0 (1 + aT + bT2 + cT3)
  191. 191. 191#El elemento consiste en un arrollamiento de hilo muy fino delconductor adecuado, bobinado entre capas de materialaislante y protegido con un revestimiento de vidrio o cerámica.El material que forma el conductor, se caracteriza por el"coeficiente de temperatura de resistencia" este se expresa enun cambio de resistencia en ohmios del conductor por gradode temperatura a una temperatura específica. Para casi todoslos materiales, el coeficiente de temperatura es positivo, peropara otros muchos el coeficiente es esencialmente constanteen grandes posiciones de su rango útil.Detectores de Temperatura tipo resistencia(RTD)
  192. 192. 192#• Alto coeficiente de temperatura de la resistencia, ya quede este modo el instrumento de medida será muy sensible.• Alta resistividad, ya que cuanto mayor sea la resistencia auna temperatura dada, mayor será la variación por grado;mayor sensibilidad.• Relación lineal resistencia-temperatura.• Rigidez y ductilidad, lo que permite realizar los procesosde fabricación de estirado y arrollamiento del conductor enlas bobinas de la sonda a fin de obtener tamañospequeños (rapidez de respuesta).Características de los materiales que formanel conductor de la resistencia
  193. 193. 193#El metal que presenta una relación resistencia-temperaturaaltamente estable es el Platino. Otros metales utilizados es elníquel (poco lineal), tungsteno (temperaturas mayores a100oC) y cobre (bajo rango).Detectores de Temperatura tipo resistencia(RTD)RTDPlatino Níquel Tugsteno
  194. 194. 194#Curvas de respuesta de RTD
  195. 195. 195#Es el material más adecuado por su precisión y estabilidad,con el inconveniente de su costo. En general el RTD de Ptutilizada en la industria tiene una resistencia de 100 ohms a 0ºC, y por esta razón, y por las ventajosas propiedades físicasdel Pt fue elegido este termómetro como patrón para ladeterminación de temperaturas entre los puntos fijos desde elpunto del O2 (-183 ºC) hasta el punto de Sb (630 ºC).Con un termómetro de este tipo convenientemente graduado,se pueden hacer medidas con una exactitud de 0,01 ºC ycambios de temperatura de 0,001 ºC pueden medirsefácilmente.RTD de Platino
  196. 196. 196#Los arrollamientos están protegidos contra desperfectos portubos de metal y dispuestos de manera que permiten rápidointercambio de calor en el arrollamiento y el el tubo. El RTD deplatino opera en un rango de -200 oC a 600 oC.RTD de Platino
  197. 197. 197#Es un alambre fino embobinado en un núcleo de mica,vidrio u otro material, protegido por una cubierta, rellenode óxido de magnesio o óxido de aluminioConstrucción del RTD de platino
  198. 198. 198#Mas barato que el Pt y posee una resistencia más elevada conuna mayor variación por grado, el interés de este material lopresenta su sensitividad, aunque no es lineal, ya que en elintervalo de temperatura de 0 a 100 ºC, la resistencia de Níquelaumenta en un 62% mientras que el Pt solo aumenta en un38%.Sin embargo los problemas relativos a su oxidación u otro tipode deterioro químico, limitan su utilización e incluso ponenen peligro la reproducibilidad de sus medidas.Otro problema añadido es la variación que experimenta sucoeficiente de resistencia según los lotes fabricados.RTD de Niquel
  199. 199. 199#Los termómetros de resistencia de níquel se usan mucho. Suintervalo de valor de Ro es de 10 a 10000 ohms.RTD de Niquel
  200. 200. 200#El cobre tiene una variación de resistencia uniforme en elrango de temperatura cercano a la ambiente; es estable ybarato, pero tiene el inconveniente de su baja resistividad, yaque hace que las variaciones relativas de resistencia seanmenores que las de cualquier otro metal. Por otra parte suscaracterísticas químicas lo hacen no útil por encima de los 180ºC.RTD de Cobre
  201. 201. 201#RTD’s
  202. 202. 202#RTD’s0,010,500,1025,100, 13010010AltoMedioBajo-200 a 950-150 a 300-200 a 120PlatinoNíquelCobrePrecisiónºCResistencia deSonda a 0ºC,ohmiosCostorelativoIntervalo útilde temperaturaen ºCMetal
  203. 203. 203#La medición de resistencia en el RTD se realiza con unPuente de Wheatstone:Nos permite determinar el valor de RXdesconocida, conocidas R1, R2 y RCCuando el miliamperímetro indica 0 mA. sedice que el puente está equilibrado.La condición de equilibrio es:CXRRRR=12Puente de Wheatstone para medición
  204. 204. 204#Puente de Wheatstone para mediciónPara compensar las longitudesmuy grandes.
  205. 205. 205#Calibración del RTDCourtesy of Rosemount, Inc.SUMINISTRODE ENERGIADMMDMM++--READOUT RESISTOR(ALTERNATE READOUT)TRANSMITTERCAJA DE DECADASRESISTORESTRANSMISORLECTURA DERESISTENCIA(ALTERNATIVA DE LECTURA)
  206. 206. 206#Características de RTD’sDe vida corta si son sometidos a vibraciones y excesosmecánicosSensores de tamaño pequeño están disponiblesEn sistemas de control digital requieren tarjetas especiales deentradaNo requieren compensaciónLa resistencia de los contactos puede alterar la mediciónRespuesta rápidaTienen problemas de autocalentamientoBuena repetibilidad, no afectada por cambios térmicosAlgunas configuraciones son voluminosas y frágilesPueden medir rangos estrechos de temperatura (5 oC)Precio altoAsociado en un sistema puede tener alta exactitudLIMITACIONESVENTAJAS
  207. 207. 207#TermistorSon resistores variables con la temperatura, que están basados ensemiconductores. La principal característica de este tipo deresistencias es que tienen una sensibilidad del orden de diez vecesmayor que las metálicas y aumenta la resistencia al disminuir latemperatura.Los termistores son semiconductores electrónicos con un coeficientede temperatura de resistencia negativo de valor elevado, convariaciones rápidas y extremadamente grandes para cambiosrelativamente pequeños en la temperatura.Su fundamento esta en la dependencia de la resistencia de lossemiconductores con la temperatura, debida a la variación con estadel numero de portadores reduciéndose la resistencia, y de ahí quepresenten coeficiente de temperatura negativo y varia con lapresencia de impurezas.
  208. 208. 208#TermistorExiste un límite impuesto por la temperatura de fusión, por lo que sedebe evitar el autocalentamiento.En cuanto a la estabilidad del termistor con el tiempo y el medio, estase logra sometiéndolos a un envejecimiento artificial. La segunda seconsigue recubriendo el termistor con vidrio si el medio donde va atrabajar le afecta. La intercambiabilidad es otro parámetro aconsiderar, pues sólo está garantizada para modelos especiales. Porello, al sustituir un termistor en un circuito suele ser necesarioreajustarlo, aunque se trate de una unidad del mismo modelo.Por su alta sensibilidad permiten obtener alta resolución en la medidade temperatura. Dada su alta resistividad, pueden tener masa muypequeña, lo que les confiere una velocidad de respuesta rápida ypermite emplear hilos largos para su conexión, aunque éstos vayan aestar sometidos a cambios de temperatura, porque ellos tienen mayorresistencia y coeficiente de temperatura. El costo es muy bajo.
  209. 209. 209#Ecuación del termistorR0.- resistencia a la temperatura de referencia T0, en ohms.Rt.- resistencia a la temperatura medida T, en ohms.Ɵ.- Constante por fabricante( ) ( )[ ]0/1/10TTt RR−=θ
  210. 210. 210#Construcción del termistorLos termistores están encapsulados y se fabrican con óxidos deníquel, manganeso, hierro, cobalto, cobre, magnesio, titanio y otrosmetales.
  211. 211. 211#Medición con el termistorLa medición se realiza con microamperímetro y conPuente de Wheatstone:mATermistorMiliamperímetroFuente deAlimentaciónCon Miliamperímetro Con GalvanómetroFuente deAlimentaciónGGalvanómetrocon cerocentralTermistor
  212. 212. 212#Ventajas del termistorNo disponible para rangos ampliosSu estabilidad aumenta con el envejecimiento (el 90% seda en la primera semana)Valores altos de resistencia requieren líneas de potenciablindadas, filtros o voltajes de corriente directaEL efecto de los cables y de la temperatura ambiente enel medidor se elimina con valores de resistencia altosBajo costoMenos estable que otros dispositivos eléctricosBueno para rangos estrechosEL intercambio de elementos es problemáticoRespuesta rápidaPoca experiencia en su usoDe tamaño pequeño y numerosas configuracionesdisponiblesComportamiento no linealAlta sensitividadLIMITACIONESVENTAJAS
  213. 213. 213#PirómetroUn pirómetro en un instrumento utilizado para medir, por medioseléctricos, elevadas temperaturas por encima del alcance de cualquierotro medidor.Existen dos tipos básicos:•Los pirómetros de radiación que se basan en la ley de Stephan -Boltzman y se destinan a medir elevadas temperaturas, arriba de1600 °C.•Los pirómetros ópticos que se basan en la ley de distribución de laradiación térmica de Wien y con ellos se han definido puntos porencima de 1063 °C.
  214. 214. 214#Pirómetro de radiaciónEste instrumento no necesita estar en contacto intimo con el objetocaliente, se basa en la ley de Stephan Boltzmann de energía radiante, lacual establece que la superficie de un cuerpo es proporcional a la cuartapotencia de su temperatura absoluta:W=KT4W = Energía emitida por un cuerpoT= Temperatura absoluta (°K)K= Constante de Stephan Boltzmann = 4.92x10 Kcal/m2Los pirómetros de radiación para uso industrial, fueron introducidos hacia1902 y desde entonces se han construido de diversas formas, existiendodos tipos: espejo concavo y lente .
  215. 215. 215#Pirómetro de radiación tipo espejoEl espejo cóncavo es a veces preferido como medio para enfocar pordos razones:1) la imagen de la fuente se enfoca igualmente bien en el receptor paratodas las longitudes de onda, puesto que el espejo no produceaberración cromática, en tanto que la lente puede dar una imagen netapara una sola longitud de onda.2) las lentes de vidrio o de sílice vítrea absorben completamente unaparte considerable de la radiación de largas longitudes de onda. Laradiación reflejada por el espejo difiere poco en longitud de onda mediade la que en él incide.
  216. 216. 216#Pirómetro de radiación tipo espejoEl instrumento suele ser de "foco fijo" o ajustable en el foco, y elelemento sensible puede ser un simple termopar o una pilatermoeléctrica. La fuerza electromotriz se mide con un milivoltímetro ocon un potenciómetro.
  217. 217. 217#Pirómetro de radiación tipo lenteEste pirómetro está formado por una lente de pyrex, sílice o fluoruro decalcio que concentra la radiación del objeto caliente en una pilatermoeléctrica formada por varios RTD´s de Pt - Pt Rd de pequeñasdimensiones y montados en serie. La radiación está enfocadaincidiendo directamente en las uniones caliente de los termopares. Laf.e.m. que proporciona la pila termoeléctrica depende de la diferenciade temperaturas entre la unión caliente (radiación procedente del objetoenfocado) y la unión frío. Esta última coincide con la de la caja delpirómetro, es decir, con la temperatura ambiente. La compensación deeste se lleva a cabo mediante una resistencia de níquel conectada enparalelo con los bornes de conexión del pirómetro.La compensación descrita se utiliza para temperaturas ambientalesmáximas de 120 °C. A mayores temperaturas se emplean dispositivosde refrigeración por aire o por agua que disminuyen la temperatura dela caja en unos 10 a 40 °C por debajo de la temperatura ambiente.
  218. 218. 218#Pirómetro de radiación tipo lente
  219. 219. 219#Pirómetro de radiación tipo lenteEn la medida de bajas temperaturas la compensación se efectúautilizando además una resistencia termostática adicional que mantieneconstante la temperatura de la caja en unos 50 °C, valor que es unpoco más alto que la temperatura ambiente que pueda encontrarse y losuficientemente bajo como para reducir apreciablemente la diferenciade temperatura útil. El pirómetro puede apuntar al objeto biendirectamente, bien a través de un tubo de mira abierto (se impide lallegada de radiación de otras fuentes extrañas) o cerrado (medida detemperatura en baños de sales para tratamientos térmicos, hornos)Los tubos pueden ser metálicos o cerámicos. Los primeros son deacero inoxidable o aleaciones metálicas resistentes al calor y a lacorrosión y se emplean temperaturas que no superan generalmente los1100 °C.Permiten una respuesta más rápida a los cambios de temperatura quelos tubos cerámicos. Los tubos cerámicos se utilizan hasta 1650 °C.

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