El documento describe los diagramas de instrumentación y proceso basados en normas ANSI/ISA, así como el acondicionamiento de instrumentos de temperatura y humedad a nivel industrial con LabVIEW. Explica los símbolos y normas utilizados en los diagramas de procesos e instrumentación, y cómo realizar la adquisición y procesamiento de señales de temperatura y humedad en LabVIEW, incluyendo la amplificación, linealización y filtrado de señales.

1. DEPARTAMENTO ENERGÍA Y MECÁNICA
INGENIERÍA MECATRÓNICA
TEMA:
DIAGRAMAS DE INSTRUMENTACIÓN Y PROCESO-NORMAS
ANSI/ISA & ACONDICIONAMIENTO DE INSTRUMENTOS DE
TEMPERATURA Y HUMEDAD A NIVEL INDUSTRIAL CON
LABVIEW
AUTOR:
JIMÉNEZ TORRES LENIN EDUARDO
ÁREA:
INSTRUMENTACIÓN MECATRÓNICA
QUITO - ECUADOR
2017

2. 1. TEMA
Diagramas de instrumentación y proceso en normas ANSI/ISA & acondicionamiento de
instrumentos de temperatura y humedad a nivel industrial con LabVIEW.
2. OBJETIVOS
 Investigar las normas ANSI/ISA referente a simbología y representación de los
diagramas de instrumentación y proceso.
 Identificar las técnicas de acondicionamiento de instrumentos de temperatura y
humedad a nivel industrial con LabVIEW.
3. MATERIALES Y EQUIPOS
 Computador con programa LabVIEW, cualquier versión.
4. DESARROLLO
INSTRUMENCACIÓN Y CONTROL NORMAS ANSI/ISA
En instrumentación y control, se emplea un sistema especial de símbolos en base a normas
específicas, para representar de forma más fácil y específica la información de un proceso.
Las normas que se emplean se basan en la ISA (Sociedad de Instrumentistas de América).
APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA
Las áreas de aplicaciones están presentes en la química, petróleo, generación de poder, aire
acondicionado, refinando metales, y otros numerosos procesos industriales. Ciertos
campos, como la astronomía, navegación, y medicina, usan instrumentos muy
especializados, diferentes a los instrumentos de procesos industriales convencionales. Se
espera que la norma sea flexible, lo bastante para encontrarse muchas de las necesidades
de campos especiales.
APLICACIÓN A CLASES DE INTRUMENTACIÓN Y FUNCIÓNES DE
INTRUMENTOS
El simbolismo y métodos de identificación proporcionados en esta norma son aplicables a
todas las clases de medida del proceso e instrumentación de control. Ellos no sólo son
aplicables a la descripción discreta de instrumentos y sus funciones, pero también para

3. describir las funciones análogas de sistemas que son "despliegue compartido," "control
compartido", "control distribuido" y "control por computadora".
Los diagramas de tubería e instrumentación (DTI’s)
Los DTI’s son conocidos con varios nombres, pero en todo el mundo sin tomar en cuenta
como son nombrados conocen su valor. Estos son algunos de los nombres por los cuales
son conocidos:
- DTI’s
- P&ID’s (por sus siglas en inglés)
- Diagramas de tubería e instrumentación
- Diagramas de procesos e instrumentación
Normas ISA –ANSI aplicables a DTI’s
Las normas ISA ANSI/ISA-5.1-1984 (R1992) e ISA-5.3-1983, conjuntamente con la
norma ANSI/ISA-S5.1-1984(R 1992), son las guías generalmente más aceptables para
desarrollar simbolismo para instrumentación y sistemas de control en: las industrias
químicas y petroquímica, generación de energía, pulpa y papel, refinación, metales, aire
acondicionado, etc. y pueden ser utilizadas en procesos continuos, por lotes y discretos.
Se agregan las normas:
• ANSI/ISA-S5.1-1984 (R1992), Identificación y símbolos de instrumentación.
• ANSI/ISA-S5.2-1976 (R1992), Diagramas lógicos binarios para operaciones de proceso.
• ISA-S5.3-1983, Símbolos gráficos para control distribuido, instrumentación de
desplegados compartidos, sistemas lógicos y computarizados.
• ANSI/ISA-S5.4-1991, Diagramas de lazo de instrumentación.
• ANSI/ISA S5.5-1985, Símbolos gráficos para desplegados de proceso.
Otras normas de simbología
• ASA Y32.11-1961 – Símbolos gráficos para diagramas de flujo de proceso 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). Símbolos gráficos para
diagramas eléctricos y electrónicos (IEEE)
• ANSI/IEEE Std 315A-1986 (IEEE)

4. NOMENCLATURA DE INSTRUMENTOS
CODIGO DE IDENTIFICACION DE INSTRUMENTOS
Símbolos de instrumentos
Suministros
SA Suministro de aire
SE Suministro eléctrico
SG Suministro de gas
SH Suministro hidráulico

5. SN Suministro de nitrógeno
SS Suministro de vapor
SW Suministro de agua
Localización
PP En línea de proceso
LO En campo, local
PNB En tablero principal de control
BPNB Parte posterior del tablero
PNBL En tablero de control local
Función del instrumento
R: registrador
C: controlador
I: indicador
Entonces FRC significa “controlador registrador de flujo”
Identificación del instrumento

6. Símbolos estándar
FUNCIONES SIMPLES
FUNCIONES MULTIPLES
Descripción de cómo los círculos indican la posición de los instrumentos
Las líneas punteadas indican que el instrumento está montado en la parte posterior del panel
el cual no es accesible al operador

7. LÍNEAS DE CONEXIÓN DE INSTRUMENTOS
EJEMPLOS
EJEMPLO DE DIAGRAMA DE UN PROCESO DE INSTRUMENTACION

8. • El transmisor de flujo FT 100 envía una señal eléctrica al registrador de flujo FR
100 ubicado en el panel. El dispositivo primario es un tubo de Venturi
• En el lazo de temperatura TRC 101, el elemento final de control es una válvula TV
101. Las letras FO debajo del símbolo de la válvula indica que ésta se abre si el
diafragma se rompe, o la señal de aire falla o si existe una condición similar. TS
101 es un interruptor para activar un TAL 101 (alarma por baja temperatura)
• El elemento primario para medir el flujo y la presión del vapor es la placa orificio
FE 102. Los transmisores de flujo FT 102 y presión PT 103, conectados a la salida
de la placa orificio, envían las señales neumáticas a los respectivos registradores
FR 102 y PR103. Cuando se trabajan con fluidos compresibles como gas, aire y
vapor, el uso de la presión de entrada o de salida afectará significativamente la
cantidad final o el volumen que se calcule con los datos registrados en las gráficas
ACONDICIONAMIENTO DE INSTRUMENTOS DE TEMPERATURA Y
HUMEDAD A NIVEL INDUSTRIAL CON LABVIEW
Es un proceso de medida, manipulación de señales con el objetivo de mejorar su precisión,
aislamiento, filtrado, etc. Cuando de mide señales de un sensor se debe convertir en un
formato que acepte el microcontrolador o el dispositivo de adquisición de datos. Por
ejemplo en los sensores de temperatura conocidos como termopares su voltaje de salida es

9. muy pequeño y sensible a ruidos por lo tanto, se debe amplificar la salida antes de ingresar
al ADC. De esta manera la amplificación de una señal es una forma de acondicionamiento
de señal. Entre los tipos más comunes de acondicionamiento de señal son la linealización,
amplificación, excitación y aislamiento. Por ejemplo en la figura de abajo se muestra, algunas
operaciones de acondicionamiento que se realiza sobre algunas señales de sensores
Amplificación
Es la forma más habitual de acondicionamiento de señal ya que de esta manera se mejora la
precisión de la señal digitalizada y además se reduce los efectos del ruido. Para disminuir los
efectos del ruido en señales de muy poca tensión es pertinente utilizar amplificadores situados
lo más cerca de la fuente de la señal como se observa en la figura a continuación. Lo idóneo es
amplificar la señal hasta el rango máximo de entrada del dispositivo de adquisición de datos.
Linealización
Muchos sensores, como por ejemplo los termopares, no tienen una respuesta en línea recta
a las variaciones del fenómeno físico que miden. Por lo tanto se debe realizar una
linealización con la ayuda de módulos de hardware específico.

10. Excitación de sensores
Algunos sensores necesitan determinados voltajes o corrientes ya sea a.c. o d.c. para excitar
su circuito de medida.
Aislamiento
Una forma común de acondicionamiento es aislar del sensor del dispositivo de adquisición
de datos por motivos de seguridad. Por ejemplo, en el caso que se requiera medir una señal
que tenga picos altos de tensión se debe aislar del dispositivo de adquisición de datos ya
que los podría dañar al superar su rango de entrada. También es útil este tipo de
acondicionamiento para asegurar que las diferencias de potencial de masa no afecten a la
electrónica de adquisición.
Filtrado
En los circuitos de acondicionamiento también se utiliza el filtrado de señales no deseadas.
Estos circuitos incorporan filtros pasa-bajos con el fin de eliminar señales de altas
frecuencias que ocasionen lecturas de datos erróneas
Adquisición de datos mediante labview
Labview dispone de varias herramientas para la adquisición y generación de señales
eléctricas a través de tarjetas de adquisición de datos.
Las capacidades que generalmente tienen las tarjetas de adquisición de datos son:
Adquisición de señales analógicas.
Generación de señales analógicas.
Generación y adquisición de señales digitales.
Contadores y timers.
Triggers.
Autocalibración, sensores, etc.
ADQUISICIÓN DE SEÑALES ANALÓGICAS
Los canales de entradas analógicas en una tarjeta de adquisición de datos son
indispensables que se las debe tener muy en cuenta por ejemplo en la figura se observa un
esquema general del canal de entrada analógica en la figura se aprecia que todos los canales de
entrada se multiflexan, ya que ésta la configuración que más se utiliza, sin embargo, se puede

11. encontrar tarjetas con canales sin multiplexar, pero eso aumenta su precio, el bloque que sigue
después del multiplexor, es un amplificador de ganancia programable que adecua la señal al
convertidor, los bloques siguientes son un filtro antialiasing, un circuito de muestreo y
retención y un convertidor análogo digital, y por último se guarda dentro de una memoria FIFO
dentro de la propia tarjeta.
El ADC o conversor análogo digital cumple una función importante en la adquisición de
datos que es la digitalización. Para lograr esto se utiliza un circuito de muestreo y retención
que captura una tensión de la entrada y la mantiene estable por un tiempo para que el ADC
pueda calcular el valor de su salida.
Muestrear una señal es obtener el valor de la señal en determinados momentos esos valores
también se los denomina Samples. Cuando se realiza una adquisición continua de los datos
el tiempo entre una muestra y la siguiente, se denomina frecuencia de muestreo como se
observa en la figura a continuación los puntos sobre la curva representan las muestras o
Samples y también se observa el tiempo entre muestra.
El paso siguiente es la codificación del valor muestreado para que sea representado de manera
digital. Para esto se divide el rango de entrada de la señal del conversor en algunos niveles y a
cada uno de ellos se designa un código binario. Cuantos más bits tenga el ADC mejor
resolución tendrá al reproducir la señal. En la figura a continuación se observa la cuantificación
de una señal analógica con 8 niveles.

12. Para el procesamiento de la señal las tarjetas de adquisición de datos tienen una memoria
en la que almacenan las muestras o los samples adquiridas. Esta memoria de tipo FIFO
(First Input Fisrt Output). En la transferencia de los datos al ordenador dependiendo de la
aplicación existirá mayor o menor flujo de la información. El volcado de los datos puede
utilizarse por medio de DMA (Direct Memory Access) ya que es el más eficaz.
Las tarjetas de adquisición de datos pueden tener varios FIFO, por ejemplo para entrada
analógica o salida etc. Las memorias FIFO tienen un tamaño limitado así que debe evitarse
errores por overflow y uderflow que se producen al saturar las memorias. En la figura 16
se observa un esquema de la comunicación entre el ordenador y la tarjeta de adquisición
utilizando FIFO
SENSOR DE TEMPERATURA EMPLEADOS A NIVEL INDUSTRIAL

13. SENSOR DE HUMEDAD EMPLEADOS A NIVEL INDUSTRIAL

14. Acondicionamiento sensor de temperatura
De la hoja de datos del sensor LM35, se observa un esquema general del sensor como se
muestra en la figura.
Como es una salida muy pequeña de voltaje se utiliza un amplificador operacional y se
realiza el circuito que se observa en la figura
Por medio de la ecuación, se calcula el voltaje de salida Vout amplificado de la señal del
sensor LM35.
𝑉𝑜𝑢𝑡=𝑉𝑖𝑛(1+10𝑘1𝑘)
𝑉𝑜𝑢𝑡=𝑉𝑖𝑛(11)
𝑉𝑜𝑢𝑡=(10𝑚𝑉°𝐶)(11)=110𝑚𝑉°𝐶

15. En LabVIEW la configuración básica se muestra de la siguiente forma
La configuración de salida dependerá de la DAQ empleada.
Acondicionamiento sensor de humedad
Para sensor HU-10S, el acondicionamiento se describe a continuación

16. 5. CONCLUSIONES
o Los diagramas P&ID son universales en el campo de la industria y su conocimiento
es necesario e indispensable para la preparación laboral.
o La simbología empleada en diagramas P&ID sigue las normas ISA ANSI/ISA-5.1-
1984 (R1992) e ISA-5.3-1983, conjuntamente con la norma ANSI/ISA-S5.1-
1984(R 1992).
o El tipo de configuración de salida dependerá de la DAQ empleada.
o Las condiciones de validación para un lazo Case Structure, se programan mediante
operadores lógicos.
o Toda instrucción fuera de cualquier lazo repetitivo, se ejecutan primero en el
programa.
o Todos los errores de salida son los errores de entrada para las funciones
consecutivas.
o La ejecución del programa es condicionada por un tiempo de muestreo dado por
las funciones timing, ya que si no se considera esto, se abarrota de datos la memoria
del procesador.
6. RECOMENDACIONES
o Se debe de consultar con los manuales del programa NI LabVIEW disponibles en
su página oficial.
o Se debe poner la dirección correcta del documento que se quiere modificar.
o Se debe de considerar que los algoritmos diseñados para la operación requerida
deben de adaptarse al tipo de operadores disponibles en LabVIEW.

17. o No se debe de dejar indicadores desconectados ya que esto impedirá la ejecución
del programa.
o Se recomienda realizar una interfaz clara, lógica y amigable para el usuario
7. BIBLIOGRAFÍA
National Instruments. (04 de 2017). LabVIEW-National Instruments. Obtenido de
http://www.ni.com/labview/why/esa/