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Prof. Luis Zurita
IMPORTANCIA DE LA INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL
   Un    proceso industrial transforma, semielabora,
    elabora las materias primas que sirven de entrada al
    proceso y lo convierte en productos acabados o
    semiacabados como salidas del mismo proceso.
   Para tal fin se necesita un conjunto de equipos,
    máquinas, controles, que interactúan armónicamente.
   Los instrumentos se encargan de indicar las
    magnitudes de las variables operacionales y/o
    transmitir esta información hasta los controladores
    (sala de control o scada).
   A su vez existen elementos finales de control, que se
    encargarán de regular y controlar las variables
    operacionales que se están midiendo y del proceso
    industrial en estudio.
PROCESO
INDUSTRIAL
¿QUÉ HAY EN LA NUBE ANTERIOR?
VARIABLES:
1. Temperatura.
2. Nivel.
3. Presión.
4. Caudal o flujo.
5. Humedad.
6. Velocidad.
7. PH
8. Densidad.
9. Vibración.
10. Entre Otras.
¿QUÉ HAY EN LA NUBE ANTERIOR?
EQUIPOS:
 Motores.
 Compresores.
 Torres de destilación.
 Tanques de almacenamiento.
 Torres de enfriamiento.
 Motobombas.
 Intercambiadores de calor.
 Calderas.
 Tanques de mezclado.
 Separadores líquidos – gas , separadores trifásicos, válvulas,
  entre otros.
¿QUÉ HAY EN LA NUBE ANTERIOR?
INSTRUMENTOS:
Dispositivos que toman una variable física de un proceso
  y pueden:
1. Indicar su valor o magnitud.
2. Transmitir su información a otro instrumento o a una
    sala de control.
3. Controlar el proceso.
4. Registrar información sobre el desarrollo del proceso.
¿QUÉ HAY EN LA NUBE ANTERIOR?
INSTRUMENTOS TRANSDUCTORES Y TRANSMISORES
     Los transductores cumplen la función de
 acondicionar una señal proveniente de un proceso
 para indicar su valor y/o magnitud.
     Los transmisores realizan la misma función de
 los transductores, además de poder enviar la
 información de la variable medida mediante
 señales eléctricas, neumáticas, electromagnéticas,
 software entre otras, hacia los instrumentos
 controladores.
¿QUÉ HAY EN LA NUBE ANTERIOR?
INSTRUMENTOS CONTROLADORES
      Se encuentran en lugares alejados del área del
  proceso y su función es comparar la magnitud de la
  variable que se desea controlar enviada por el
  transmisor con el valor que se desea de la variable
  (Set point).
      El controlador se encarga de aplicar las
  correcciones para mantener la señal en el valor
  deseado.
¿QUÉ HAY EN LA NUBE ANTERIOR?
ELEMENTOS FINALES DE CONTROL
     Están instalados en el proceso y se encargan de
 modificar el comportamiento y magnitud de las
 variables que se desean controlar. Ejemplo las
 válvulas , solenoides, alarmas entre otros
ELEMENTOS DE SEGURIDAD
     Se      encargan     de   prevenir     cualquier
 anormalidad en un proceso a fin de preservar la
 vida de los operadores y del medio ambiente.
TEMA 2 DE INSTRUMENTACION 3
MATERIA    PROCESO     PRODUCTO
PRIMA     INDUSTRIAL   FINAL
TEMA 2 DE INSTRUMENTACION 3
¿Cómo se representa un proceso
industrial?
 Se representa mediante un Diagrama de Tuberías e
  Instrumentación (DTI) o un DPI (Diagrama de
  proceso e Instrumentos) o P&ID (Piping and
  Instrumentation Diagram).
 Es la base de cualquier diseño de procesos, se
  muestran    recipientes,   bombas   y    otros
  componentes de un proceso.
DESTILACIÓN




EVAPORADOR
NORMAS ISA
NORMAS ISA
NORMAS ISA
Líneas de Instrumentación
            Conexión a proceso, o enlace mecánico o
            alimentación de instrumentos.
            Señal neumática
            Señal eléctrica
            Señal eléctrica (alternativo)
            Tubo capilar
            Señal sonora o electromagnética guiada
            (incluye calor, radio, nuclear, luz)
            Señal sonora o electromagnética no guiada
            Conexión de software o datos
            Conexión mecánica
            Señal hidráulica
NORMAS ISA
Líneas de Instrumentación
     PT
               PT-01   Señal eléctrica
    01


     PT
               PT-01   Señal Neumática
    01


    TIC        FIC     Señal de Software
    01         01


     PT
               PT-01   Señal Electromagnética
    01

     PT
               PT-01   Señal Hidráulica
    01
NORMAS ISA
Designación de instrumentos por círculos
          Montado localmente (En contacto
          con la variable)

          Detrás del panel (no accesible)

          En tablero o panel

          En tablero auxiliar


          Instrumentos para dos variables
          medidas o instrumentos de una
          variable con más de una función.
EJEMPLOS
       1ra Letra: Representa la variable operacional con la que
       trabaja el instrumento.
       P= Presión
       T= Temperatura
       L=Nivel
       F= Caudal
TI
       2da Letra: Representa la función que ejecuta el
01     instrumento.
       I= Indicar
       T= Transmitir
       C= Controlar
       R= Registrar
      Numeración: Identifica el lazo de control a la cual está
      asociado el instrumento o su ubicación en la planta.
      Permite diferenciar instrumentos iguales que cumplen la
      misma función pero conectados y localizados en distintos
      equipos.
EJEMPLOS
       T= Temperatura
       I = Indicador
TIT    T= Transmisor
 01
       01= Nro. de Instrumento


        L= Nivel
 LIC    I = Indicador
 22     C= Controlador

        22= Nro. de Lazo de control
EJEMPLOS
   PDT
           Transmisor de Presión Diferencial
    01
           en lazo de control nro. 1
   FRC     Controlador Registrador de Caudal
    12     en lazo de control nro. 12

   PIC     Controlador Indicador de Presión
    22     en lazo de control nro. 22

    DT
           Transmisor de Densidad nro. 1
    01

    TIC    Controlador Indicador de Temperatura
    22
EJEMPLOS


           Los controladores van metidos en un
  PIC
           cuadrado para indicar que este va a una
  22       sala do control o SCADA.
           Esto van accesible normalmente al
           operador – indicador - controlador-
           registrador
NORMAS ISA
Designación de instrumentos de control
Digital y/o Distribuida
    PLC
    01
              Controlador Lógico Programable
              (PLC)

    PLC       Sistema de Control Distribuido
    22        (DCS) (Algunos autores lo
              consideran como un PLC)

 Salas de control: En estos espacios, se encuentran
 ubicados los controladores electrónicos (PLC y/o DCS).
 Generalmente se encuentran alejados del proceso
 industrial.
NORMAS ISA
Símbolos de válvulas
             Válvula Manual

             Válvula de Control

             Válvula de Alivio o Seguridad




 Válvula falla abierta            Válvula falla cerrada
 Válvula aire para cerrar         Válvula aire para abrir
SIMBOLOS ESPECIALES
VALVULAS DE CONTROL
SIMBOLOS ESPECIALES
VALVULAS DE CONTROL
EQUIPOS INDUSTRIALES
      A continuación se mencionan algunos de los
principales equipos industriales que se encuentran
presente en la mayoría de los procesos industriales:
                Motobomba: Equipo conformado por la
                integración de un motor eléctrico que
                genera el movimiento para mover una
                bomba, succionando un líquido a baja
                presión para descargarlo a una presión
                mayor.
                MotoCompresor: Equipo (integrado
                con motor eléctrico o mecánico) que
                permite el movimiento de un compresor,
                permitiendo succionar gas a baja presión
                para descargarlo a una presión mayor.
EQUIPOS INDUSTRIALES

           Intercambiador de calor: Equipo que
           permite el contacto térmico de dos
           fluidos que no se mezclan en su interior,
           permitiendo que el fluido A pierda calor
           que el fluido B ganará.

           Separador Líquido-gas: Equipo que
           recibe los hidrocarburos y permite la
           separación entre los componentes que se
           mantendrán en fase líquida y los que
           estarán en fase gaseosa.. El separador
           liquido gas esta conformado por dos
           válvulas de control y una de seguridad
Intercambiador de calor
TEMA 2 DE INSTRUMENTACION 3
Separador bifásico vertical
Separador bifásico horizontal
EQUIPOS INDUSTRIALES
           Separador Trifásico: Equipo que recibe
           un producto y permite que en su interior
           se separen los componentes que estarán
           en fase gaseosa, líquida y de agua.
           Ejemplo: Hidrocarburo que ha pasado
           por un condensador.
           Horno Vertical: Equipo que permite
           calentar un producto. Dispone de
           tuberías internas, quemadores en donde
           se forma y controla la llama que genera el
           calor. Dispone de una línea de
           combustible para la llama piloto, así
           como de una línea de combustible donde
           se regula el gas que establece la
           temperatura de trabajo a través de una
           válvula de control.
EQUIPOS INDUSTRIALES
             Torre de Destilación: Recibe un
             producto en fase líquida y permite
             separar los productos pesados por el
             fondo y los livianos por la parte superior.
             Tiene en su interior un conjunto de
             bandejas a temperaturas específicas con
             componentes en fase líquida y cámaras
             de gas entre las bandejas permitiendo
             que los diferentes componentes se
             queden en cada etapa de las bandejas en
             la fase líquida o gaseosa que le
             corresponda.      Ejemplo.     Torre    de
             destilación de petróleo.
TORRE DE DESTILACIÓN
EQUIPOS INDUSTRIALES
           Enfriador: Equipo que permite que en
           su interior circule un producto que
           puede ser enfriado por corrientes de aire,
           o de aire y agua que chocan por sus
           ductos.




            Tanques       de     Almacenamiento:
            Permiten contener materiales sólidos,
            líquidos y gaseosos, para ser procesados
            o despachados.
TEMA 2 DE INSTRUMENTACION 3
IMPORTANCIA DEL CONTROL DE NIVEL Y PRESIÓN
 En un proceso industrial en donde se encuentra
  presente la variable Nivel, se hace necesario
  controlarla, definiendo su magnitud para obtener los
  cortes de productos que se necesitan en cada
  instalación, mantener la calidad de los mismo, así
  como mantenerla controlada dentro de rangos de
  trabajo.
 Esto evita daños en los equipos que no están
  diseñados para recibir componentes en fase líquida
  como los compresores, ni al medio ambiente ni a los
  operadores de planta en caso de producirse derrames.
IMPORTANCIA DEL CONTROL DE NIVEL Y PRESIÓN
 En un proceso industrial en donde se encuentra
  presente la variable Presión, se hace necesario
  controlarla, definiendo su magnitud, obteniendo los
  cortes de productos requeridos, evitar daños a los
  equipos al establecer rangos de trabajo.
 Un equipo que no opera con rangos establecidos de
  presión sufrirá daños irreversibles y puede poner en
  riesgo a los operadores de planta y al resto del personal
  técnico.
Elementos mínimos para establecer un lazo de control

 La instrumentación industrial de manera general
  abarca dos grandes momentos:
1) Medir
2) Controlar

    Para establecer un lazo de control se necesitan al
     menos los siguientes componentes:
1)   El indicador.
2)   El transmisor.
3)   La sala de control (El controlador)
4)   El elemento final (El convertidor I/P y La válvula de
     control).
Introducción a los tipos de lazos de control
1) Lazos de control simples
   Son lazos de control que atienden una sola variable
   operacional.
2) Lazos de control en cascada
   En los lazos de control en cascada se combinan dos
   variables operacionales, una variable maestro y una
   variable esclava para controlar un elemento final de
   control. El lazo de control en cascada requiere de dos
   controladores (uno por cada variable operacional)
   que se interconectan por software y donde la salida
   del controlador maestro define el set point del
   controlador esclavo. Mientras que la salida del
   controlador esclavo regulará el elemento final de
   control en el proceso industrial.
Introducción a los tipos de lazos de control
3) Lazo de control Feedforward (Alimentación
   hacia adelante)
   Se consideran las perturbaciones medibles de una
   variable externa que no se encuentran en el lazo de
   control de la variable controlada. Este lazo mide
   permanentemente a la variable externa que genera
   las perturbaciones en el lazo de control y se
   considera su valor para que en conjunto con la salida
   del lazo de control definen la regulación de la
   apertura de la válvula de control y de esta manera
   minimiza el tiempo de respuesta corrigiendo las
   perturbaciones.
Introducción a los tipos de lazos de control
4) Control Cascada – Feedforward
   Tiene un lazo de control en cascada con las variables
   maestra y esclava asociadas en conjunto con la acción de
   la medición de una variable externa que perturba al
   proceso controlado.
5) Control Override (Anulador)
   Se combinan dos lazos de control de dos variables
   operacionales totalmente independientes, mientras se
   mantengan en sus rangos de trabajo.
   En un control override una variable operacional 1 trabaja
   atendiendo su lazo de control independiente de la otra
   variable operacional 2, siempre que no alcance el valor de
   seguridad preestablecido por la variable operacional 2.
Introducción a los tipos de lazos de control
5) Control Override (Anulador) Continuación…
   La variable operacional 1 al alcanzar el valor de
   seguridad de la variable operacional 2, le cede el
   control del proceso. Paso siguiente la variable
   operacional 2 trabajará hasta alcanzar su set point o
   restablezca el valor de la variable 2 entre sus limites
   de control. A partir de esta condición la variable
   operacional 1 retome el control atendiendo su valor
   preestablecido.
PROCESOS INDUSTRIALES. ESTUDIO DE CASOS
Ejemplo 1.
Dado el siguiente diagrama de proceso. Realice el DTI
respectivo para establecer un lazo de control de Nivel.
PROCESOS INDUSTRIALES. ESTUDIO DE CASOS
• Una vez realizado el DTI:
1) Establezca las variables dependientes e independientes.
2) Explique la función de cada uno de los elementos que se
han colocado en él.
3) Tipos de señales.                        4) Incluir un
                                          indicador por
                                          cada variable
   LI
   01
PROCESOS INDUSTRIALES. ESTUDIO DE CASOS
Ejemplo 2.
Dado el siguiente diagrama. Automatice de la manera más
sencilla y económica posible:
Esta es una forma de hacerlo. Si es un tanque cerrado
presurizado, se puede poner un presostato o interruptor
de presión.
¿Y por qué no de esta manera?
R= Costo de un controlador que puede ser
reemplazado con un económico interruptor
de nivel mediante flotación.


                           Como investigación adicional:
                           ¿Que parámetros intervienen al
                           momento de seleccionar una
                           motobomba?
Intercambiador de calor. Ejercicio 1:
  Dado el siguiente DTI, explique la función de cada
   elemento. Tipo de sensor de flujo y que variable puede
   controlar la válvula que está sin conexión. Justifique.
PROCESOS INDUSTRIALES. ESTUDIO DE CASOS
Ejemplo 3.
Dado el siguiente separador Líquido – Gas. Realice el DTI
respectivo para establecer: A) Un lazo de control de Nivel B)
Un lazo de control de Presión.
PROCESOS INDUSTRIALES. ESTUDIO DE CASOS

A) Se establece el lazo de control de presión.
   ¿Qué tipo de sensor de presión se puede colocar si la
   presión que se alcanza en algunos casos es de 200 PSI?




                                                       ¿PV?
PROCESOS INDUSTRIALES. ESTUDIO DE CASOS

B) Se establece el lazo de control de nivel.
    ¿Qué tipo de sensor de nivel se puede colocar si el rango
    de medición es de 100 cm?
PROCESOS INDUSTRIALES. ESTUDIO DE CASOS
1) Investigue e instrumente en el presente DTI una válvula de
     seguridad. ¿Que función ejecutará?
2) Explique la función de cada instrumento que se ha ubicado en el
     DTI. Indique los dos errores presentes en él. Justifique.

                                                 Explique     el
                                                 significado de:
PROCESOS INDUSTRIALES. ESTUDIO DE CASOS
Ejemplo 4.
Dado el siguiente diagrama de proceso de un horno. Realice
el DTI respectivo para establecer un lazo de control de flujo
del combustible.




   Alimentación               Material
      Material               Calentado
PROCESOS INDUSTRIALES. ESTUDIO DE CASOS
1) ¿Qué elemento se muestra para medir el flujo? Indique 3 formas
    alternativas.
2) Explique la función de cada instrumento que se ha ubicado en el
    DTI. ¿En base a que otra variable se puede controlar el flujo?




  Alimentación               Material
     Material               Calentado
Ejercicio 2. Dado el siguiente proceso de un horno. Realice el DTI.
  Coloque los símbolos adecuados de las líneas de señalización y control.
 Los instrumentos son:
1)   Válvula reguladora de flujo para control de temperatura.
2)   Convertidor I/P
3)   Indicador y controlador de temperatura perteneciente a un DCS y con salida
     de 4 a 20 mA.
4)   Transmisor de temperatura con salida de 4 a 20 mA.
5)   Interruptor eléctrico de alta temperatura.
6)   Alarma de alta temperatura perteneciente a un DCS.
7)   Lógica de control (PLC).
TEMA 2 DE INSTRUMENTACION 3
Separador trifásico horizontal
Separador trifásico vertical
TEMA 2 DE INSTRUMENTACION 3
Control de Nivel de agua en Separador Trifásico
  Supongamos que se está recibiendo un producto
   proveniente de una torre de destilación, en la parte
   superior se encuentra un producto en forma gaseosa
   que una vez enfriado y condensado da como resultado
   agua y gasolina.
  En el separador trifásico se retirará el producto
   principal, (gasolina) y el agua.
  Para tal propósito se implementará un control de nivel
   en la interfase gasolina – agua, para que esta última
   pueda ser retirada.
PROCESOS INDUSTRIALES. ESTUDIO DE CASOS

Ejercicio 3.
Realice el DTI para un separador trifásico para establecer un
lazo de control simple de gas, agua y aceite/petróleo
Control y protección por nivel en depurador de gas.
 Entre las etapas de compresión de gas en una planta
  compresora se hace necesario enfriar el gas caliente
  que sale de la descarga de una etapa de compresión
  antes de pasar a la succión de gas de la siguiente etapa
  de compresión.
 El proceso del enfriamiento del gas puede generar la
  condensación de algunos productos que son
  necesarios retirarlos antes de la siguiente etapa de
  condensación y evitar daños en un compresor de gas.
 Se hace necesario crear un lazo de control de nivel para
  retirar los líquidos condensados. Introduzca un
  interruptor por alto nivel.
TEMA 2 DE INSTRUMENTACION 3
Ejercicio 4.
Dado el siguiente proceso, establezca un lazo de control de
nivel y una alarma por alto nivel

                    Enfriador


 Botella de
 succión

 Compresor
 Botella de
 descarga
PROCESOS INDUSTRIALES. ESTUDIO DE CASOS
Ejercicio 5. Realice el DTI necesario para establecer un
control override Nivel – Caudal en los siguientes procesos
(Introduzca un interruptor de nivel para controlar la válvula
de ingreso de material a la torre de destilación)
PROCESOS INDUSTRIALES. ESTUDIO DE CASOS
Ejercicio 6. Realice el DTI necesario para establecer un
control override Nivel – Caudal en los siguientes procesos
(Introduzca un interruptor de nivel para controlar la válvula
de ingreso de material a la torre de destilación)
Control de una caldera
                 ¿Qué es una caldera?
 Una caldera es una máquina o aparato que está
  diseñado para generar vapor saturado. Son recipientes
  a presión, por lo cual son construidas en parte con
  acero laminado a semejanza de muchos contenedores
  de gas.
 Éste vapor se genera a través de una transferencia de
  calor a presión constante, en la cual el fluido,
  originalmente en estado líquido, se calienta y cambia
  de estado.
Control de una caldera
Entre sus aplicaciones en la industria tenemos:
 Esterilización: es común encontrar calderas en los
  hospitales, las cuales generan vapor para esterilizar
  los instrumentos médicos, también en los
  comedores con capacidad industrial se genera
  vapor para esterilizar los cubiertos, así como para
  la elaboración de alimentos en ollas y recipientes.
 Calentar otros fluidos, por ejemplo, en la industria
  petrolera se calienta a los petróleos pesados para
  mejorar su fluidez y el vapor es muy utilizado.
 Generar electricidad a través de un ciclo Rankine.
  Las calderas son parte fundamental de las
  centrales termoeléctricas y nucleares. Ejemplo las
  plantas nucleares usan calderas para generar
  electricidad.
PROCESOS INDUSTRIALES. ESTUDIO DE CASOS
Ejercicio 7. Realice el DTI que considere necesario para
mantener una presión adecuada del vapor en la salida de la
caldera.

                                      Vapor




          Agua
          Caliente


                Aire                          Humos
                Gas
                              HOGAR
INVESTIGAR PARA PRÓXIMO ENCUENTRO:
 Teorema    de Bernoulli (Fluidos Compresibles e
  incompresibles) (Medidores de presión diferencial o
  reductores de flujo, como la placa orificio)
 Número de Reynolds
 Principio de Arquímedes (Rotámetros)

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TEMA 2 DE INSTRUMENTACION 3

  • 2. IMPORTANCIA DE LA INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL  Un proceso industrial transforma, semielabora, elabora las materias primas que sirven de entrada al proceso y lo convierte en productos acabados o semiacabados como salidas del mismo proceso.  Para tal fin se necesita un conjunto de equipos, máquinas, controles, que interactúan armónicamente.  Los instrumentos se encargan de indicar las magnitudes de las variables operacionales y/o transmitir esta información hasta los controladores (sala de control o scada).  A su vez existen elementos finales de control, que se encargarán de regular y controlar las variables operacionales que se están midiendo y del proceso industrial en estudio.
  • 4. ¿QUÉ HAY EN LA NUBE ANTERIOR? VARIABLES: 1. Temperatura. 2. Nivel. 3. Presión. 4. Caudal o flujo. 5. Humedad. 6. Velocidad. 7. PH 8. Densidad. 9. Vibración. 10. Entre Otras.
  • 5. ¿QUÉ HAY EN LA NUBE ANTERIOR? EQUIPOS:  Motores.  Compresores.  Torres de destilación.  Tanques de almacenamiento.  Torres de enfriamiento.  Motobombas.  Intercambiadores de calor.  Calderas.  Tanques de mezclado.  Separadores líquidos – gas , separadores trifásicos, válvulas, entre otros.
  • 6. ¿QUÉ HAY EN LA NUBE ANTERIOR? INSTRUMENTOS: Dispositivos que toman una variable física de un proceso y pueden: 1. Indicar su valor o magnitud. 2. Transmitir su información a otro instrumento o a una sala de control. 3. Controlar el proceso. 4. Registrar información sobre el desarrollo del proceso.
  • 7. ¿QUÉ HAY EN LA NUBE ANTERIOR? INSTRUMENTOS TRANSDUCTORES Y TRANSMISORES Los transductores cumplen la función de acondicionar una señal proveniente de un proceso para indicar su valor y/o magnitud. Los transmisores realizan la misma función de los transductores, además de poder enviar la información de la variable medida mediante señales eléctricas, neumáticas, electromagnéticas, software entre otras, hacia los instrumentos controladores.
  • 8. ¿QUÉ HAY EN LA NUBE ANTERIOR? INSTRUMENTOS CONTROLADORES Se encuentran en lugares alejados del área del proceso y su función es comparar la magnitud de la variable que se desea controlar enviada por el transmisor con el valor que se desea de la variable (Set point). El controlador se encarga de aplicar las correcciones para mantener la señal en el valor deseado.
  • 9. ¿QUÉ HAY EN LA NUBE ANTERIOR? ELEMENTOS FINALES DE CONTROL Están instalados en el proceso y se encargan de modificar el comportamiento y magnitud de las variables que se desean controlar. Ejemplo las válvulas , solenoides, alarmas entre otros ELEMENTOS DE SEGURIDAD Se encargan de prevenir cualquier anormalidad en un proceso a fin de preservar la vida de los operadores y del medio ambiente.
  • 11. MATERIA PROCESO PRODUCTO PRIMA INDUSTRIAL FINAL
  • 13. ¿Cómo se representa un proceso industrial?  Se representa mediante un Diagrama de Tuberías e Instrumentación (DTI) o un DPI (Diagrama de proceso e Instrumentos) o P&ID (Piping and Instrumentation Diagram).  Es la base de cualquier diseño de procesos, se muestran recipientes, bombas y otros componentes de un proceso.
  • 17. NORMAS ISA Líneas de Instrumentación Conexión a proceso, o enlace mecánico o alimentación de instrumentos. Señal neumática Señal eléctrica Señal eléctrica (alternativo) Tubo capilar Señal sonora o electromagnética guiada (incluye calor, radio, nuclear, luz) Señal sonora o electromagnética no guiada Conexión de software o datos Conexión mecánica Señal hidráulica
  • 18. NORMAS ISA Líneas de Instrumentación PT PT-01 Señal eléctrica 01 PT PT-01 Señal Neumática 01 TIC FIC Señal de Software 01 01 PT PT-01 Señal Electromagnética 01 PT PT-01 Señal Hidráulica 01
  • 19. NORMAS ISA Designación de instrumentos por círculos Montado localmente (En contacto con la variable) Detrás del panel (no accesible) En tablero o panel En tablero auxiliar Instrumentos para dos variables medidas o instrumentos de una variable con más de una función.
  • 20. EJEMPLOS 1ra Letra: Representa la variable operacional con la que trabaja el instrumento. P= Presión T= Temperatura L=Nivel F= Caudal TI 2da Letra: Representa la función que ejecuta el 01 instrumento. I= Indicar T= Transmitir C= Controlar R= Registrar Numeración: Identifica el lazo de control a la cual está asociado el instrumento o su ubicación en la planta. Permite diferenciar instrumentos iguales que cumplen la misma función pero conectados y localizados en distintos equipos.
  • 21. EJEMPLOS T= Temperatura I = Indicador TIT T= Transmisor 01 01= Nro. de Instrumento L= Nivel LIC I = Indicador 22 C= Controlador 22= Nro. de Lazo de control
  • 22. EJEMPLOS PDT Transmisor de Presión Diferencial 01 en lazo de control nro. 1 FRC Controlador Registrador de Caudal 12 en lazo de control nro. 12 PIC Controlador Indicador de Presión 22 en lazo de control nro. 22 DT Transmisor de Densidad nro. 1 01 TIC Controlador Indicador de Temperatura 22
  • 23. EJEMPLOS Los controladores van metidos en un PIC cuadrado para indicar que este va a una 22 sala do control o SCADA. Esto van accesible normalmente al operador – indicador - controlador- registrador
  • 24. NORMAS ISA Designación de instrumentos de control Digital y/o Distribuida PLC 01 Controlador Lógico Programable (PLC) PLC Sistema de Control Distribuido 22 (DCS) (Algunos autores lo consideran como un PLC) Salas de control: En estos espacios, se encuentran ubicados los controladores electrónicos (PLC y/o DCS). Generalmente se encuentran alejados del proceso industrial.
  • 25. NORMAS ISA Símbolos de válvulas Válvula Manual Válvula de Control Válvula de Alivio o Seguridad Válvula falla abierta Válvula falla cerrada Válvula aire para cerrar Válvula aire para abrir
  • 28. EQUIPOS INDUSTRIALES A continuación se mencionan algunos de los principales equipos industriales que se encuentran presente en la mayoría de los procesos industriales: Motobomba: Equipo conformado por la integración de un motor eléctrico que genera el movimiento para mover una bomba, succionando un líquido a baja presión para descargarlo a una presión mayor. MotoCompresor: Equipo (integrado con motor eléctrico o mecánico) que permite el movimiento de un compresor, permitiendo succionar gas a baja presión para descargarlo a una presión mayor.
  • 29. EQUIPOS INDUSTRIALES Intercambiador de calor: Equipo que permite el contacto térmico de dos fluidos que no se mezclan en su interior, permitiendo que el fluido A pierda calor que el fluido B ganará. Separador Líquido-gas: Equipo que recibe los hidrocarburos y permite la separación entre los componentes que se mantendrán en fase líquida y los que estarán en fase gaseosa.. El separador liquido gas esta conformado por dos válvulas de control y una de seguridad
  • 34. EQUIPOS INDUSTRIALES Separador Trifásico: Equipo que recibe un producto y permite que en su interior se separen los componentes que estarán en fase gaseosa, líquida y de agua. Ejemplo: Hidrocarburo que ha pasado por un condensador. Horno Vertical: Equipo que permite calentar un producto. Dispone de tuberías internas, quemadores en donde se forma y controla la llama que genera el calor. Dispone de una línea de combustible para la llama piloto, así como de una línea de combustible donde se regula el gas que establece la temperatura de trabajo a través de una válvula de control.
  • 35. EQUIPOS INDUSTRIALES Torre de Destilación: Recibe un producto en fase líquida y permite separar los productos pesados por el fondo y los livianos por la parte superior. Tiene en su interior un conjunto de bandejas a temperaturas específicas con componentes en fase líquida y cámaras de gas entre las bandejas permitiendo que los diferentes componentes se queden en cada etapa de las bandejas en la fase líquida o gaseosa que le corresponda. Ejemplo. Torre de destilación de petróleo.
  • 37. EQUIPOS INDUSTRIALES Enfriador: Equipo que permite que en su interior circule un producto que puede ser enfriado por corrientes de aire, o de aire y agua que chocan por sus ductos. Tanques de Almacenamiento: Permiten contener materiales sólidos, líquidos y gaseosos, para ser procesados o despachados.
  • 39. IMPORTANCIA DEL CONTROL DE NIVEL Y PRESIÓN  En un proceso industrial en donde se encuentra presente la variable Nivel, se hace necesario controlarla, definiendo su magnitud para obtener los cortes de productos que se necesitan en cada instalación, mantener la calidad de los mismo, así como mantenerla controlada dentro de rangos de trabajo.  Esto evita daños en los equipos que no están diseñados para recibir componentes en fase líquida como los compresores, ni al medio ambiente ni a los operadores de planta en caso de producirse derrames.
  • 40. IMPORTANCIA DEL CONTROL DE NIVEL Y PRESIÓN  En un proceso industrial en donde se encuentra presente la variable Presión, se hace necesario controlarla, definiendo su magnitud, obteniendo los cortes de productos requeridos, evitar daños a los equipos al establecer rangos de trabajo.  Un equipo que no opera con rangos establecidos de presión sufrirá daños irreversibles y puede poner en riesgo a los operadores de planta y al resto del personal técnico.
  • 41. Elementos mínimos para establecer un lazo de control  La instrumentación industrial de manera general abarca dos grandes momentos: 1) Medir 2) Controlar  Para establecer un lazo de control se necesitan al menos los siguientes componentes: 1) El indicador. 2) El transmisor. 3) La sala de control (El controlador) 4) El elemento final (El convertidor I/P y La válvula de control).
  • 42. Introducción a los tipos de lazos de control 1) Lazos de control simples Son lazos de control que atienden una sola variable operacional. 2) Lazos de control en cascada En los lazos de control en cascada se combinan dos variables operacionales, una variable maestro y una variable esclava para controlar un elemento final de control. El lazo de control en cascada requiere de dos controladores (uno por cada variable operacional) que se interconectan por software y donde la salida del controlador maestro define el set point del controlador esclavo. Mientras que la salida del controlador esclavo regulará el elemento final de control en el proceso industrial.
  • 43. Introducción a los tipos de lazos de control 3) Lazo de control Feedforward (Alimentación hacia adelante) Se consideran las perturbaciones medibles de una variable externa que no se encuentran en el lazo de control de la variable controlada. Este lazo mide permanentemente a la variable externa que genera las perturbaciones en el lazo de control y se considera su valor para que en conjunto con la salida del lazo de control definen la regulación de la apertura de la válvula de control y de esta manera minimiza el tiempo de respuesta corrigiendo las perturbaciones.
  • 44. Introducción a los tipos de lazos de control 4) Control Cascada – Feedforward Tiene un lazo de control en cascada con las variables maestra y esclava asociadas en conjunto con la acción de la medición de una variable externa que perturba al proceso controlado. 5) Control Override (Anulador) Se combinan dos lazos de control de dos variables operacionales totalmente independientes, mientras se mantengan en sus rangos de trabajo. En un control override una variable operacional 1 trabaja atendiendo su lazo de control independiente de la otra variable operacional 2, siempre que no alcance el valor de seguridad preestablecido por la variable operacional 2.
  • 45. Introducción a los tipos de lazos de control 5) Control Override (Anulador) Continuación… La variable operacional 1 al alcanzar el valor de seguridad de la variable operacional 2, le cede el control del proceso. Paso siguiente la variable operacional 2 trabajará hasta alcanzar su set point o restablezca el valor de la variable 2 entre sus limites de control. A partir de esta condición la variable operacional 1 retome el control atendiendo su valor preestablecido.
  • 46. PROCESOS INDUSTRIALES. ESTUDIO DE CASOS Ejemplo 1. Dado el siguiente diagrama de proceso. Realice el DTI respectivo para establecer un lazo de control de Nivel.
  • 47. PROCESOS INDUSTRIALES. ESTUDIO DE CASOS • Una vez realizado el DTI: 1) Establezca las variables dependientes e independientes. 2) Explique la función de cada uno de los elementos que se han colocado en él. 3) Tipos de señales. 4) Incluir un indicador por cada variable LI 01
  • 48. PROCESOS INDUSTRIALES. ESTUDIO DE CASOS Ejemplo 2. Dado el siguiente diagrama. Automatice de la manera más sencilla y económica posible:
  • 49. Esta es una forma de hacerlo. Si es un tanque cerrado presurizado, se puede poner un presostato o interruptor de presión.
  • 50. ¿Y por qué no de esta manera? R= Costo de un controlador que puede ser reemplazado con un económico interruptor de nivel mediante flotación. Como investigación adicional: ¿Que parámetros intervienen al momento de seleccionar una motobomba?
  • 51. Intercambiador de calor. Ejercicio 1:  Dado el siguiente DTI, explique la función de cada elemento. Tipo de sensor de flujo y que variable puede controlar la válvula que está sin conexión. Justifique.
  • 52. PROCESOS INDUSTRIALES. ESTUDIO DE CASOS Ejemplo 3. Dado el siguiente separador Líquido – Gas. Realice el DTI respectivo para establecer: A) Un lazo de control de Nivel B) Un lazo de control de Presión.
  • 53. PROCESOS INDUSTRIALES. ESTUDIO DE CASOS A) Se establece el lazo de control de presión. ¿Qué tipo de sensor de presión se puede colocar si la presión que se alcanza en algunos casos es de 200 PSI? ¿PV?
  • 54. PROCESOS INDUSTRIALES. ESTUDIO DE CASOS B) Se establece el lazo de control de nivel. ¿Qué tipo de sensor de nivel se puede colocar si el rango de medición es de 100 cm?
  • 55. PROCESOS INDUSTRIALES. ESTUDIO DE CASOS 1) Investigue e instrumente en el presente DTI una válvula de seguridad. ¿Que función ejecutará? 2) Explique la función de cada instrumento que se ha ubicado en el DTI. Indique los dos errores presentes en él. Justifique. Explique el significado de:
  • 56. PROCESOS INDUSTRIALES. ESTUDIO DE CASOS Ejemplo 4. Dado el siguiente diagrama de proceso de un horno. Realice el DTI respectivo para establecer un lazo de control de flujo del combustible. Alimentación Material Material Calentado
  • 57. PROCESOS INDUSTRIALES. ESTUDIO DE CASOS 1) ¿Qué elemento se muestra para medir el flujo? Indique 3 formas alternativas. 2) Explique la función de cada instrumento que se ha ubicado en el DTI. ¿En base a que otra variable se puede controlar el flujo? Alimentación Material Material Calentado
  • 58. Ejercicio 2. Dado el siguiente proceso de un horno. Realice el DTI. Coloque los símbolos adecuados de las líneas de señalización y control.  Los instrumentos son: 1) Válvula reguladora de flujo para control de temperatura. 2) Convertidor I/P 3) Indicador y controlador de temperatura perteneciente a un DCS y con salida de 4 a 20 mA. 4) Transmisor de temperatura con salida de 4 a 20 mA. 5) Interruptor eléctrico de alta temperatura. 6) Alarma de alta temperatura perteneciente a un DCS. 7) Lógica de control (PLC).
  • 63. Control de Nivel de agua en Separador Trifásico  Supongamos que se está recibiendo un producto proveniente de una torre de destilación, en la parte superior se encuentra un producto en forma gaseosa que una vez enfriado y condensado da como resultado agua y gasolina.  En el separador trifásico se retirará el producto principal, (gasolina) y el agua.  Para tal propósito se implementará un control de nivel en la interfase gasolina – agua, para que esta última pueda ser retirada.
  • 64. PROCESOS INDUSTRIALES. ESTUDIO DE CASOS Ejercicio 3. Realice el DTI para un separador trifásico para establecer un lazo de control simple de gas, agua y aceite/petróleo
  • 65. Control y protección por nivel en depurador de gas.  Entre las etapas de compresión de gas en una planta compresora se hace necesario enfriar el gas caliente que sale de la descarga de una etapa de compresión antes de pasar a la succión de gas de la siguiente etapa de compresión.  El proceso del enfriamiento del gas puede generar la condensación de algunos productos que son necesarios retirarlos antes de la siguiente etapa de condensación y evitar daños en un compresor de gas.  Se hace necesario crear un lazo de control de nivel para retirar los líquidos condensados. Introduzca un interruptor por alto nivel.
  • 67. Ejercicio 4. Dado el siguiente proceso, establezca un lazo de control de nivel y una alarma por alto nivel Enfriador Botella de succión Compresor Botella de descarga
  • 68. PROCESOS INDUSTRIALES. ESTUDIO DE CASOS Ejercicio 5. Realice el DTI necesario para establecer un control override Nivel – Caudal en los siguientes procesos (Introduzca un interruptor de nivel para controlar la válvula de ingreso de material a la torre de destilación)
  • 69. PROCESOS INDUSTRIALES. ESTUDIO DE CASOS Ejercicio 6. Realice el DTI necesario para establecer un control override Nivel – Caudal en los siguientes procesos (Introduzca un interruptor de nivel para controlar la válvula de ingreso de material a la torre de destilación)
  • 70. Control de una caldera ¿Qué es una caldera?  Una caldera es una máquina o aparato que está diseñado para generar vapor saturado. Son recipientes a presión, por lo cual son construidas en parte con acero laminado a semejanza de muchos contenedores de gas.  Éste vapor se genera a través de una transferencia de calor a presión constante, en la cual el fluido, originalmente en estado líquido, se calienta y cambia de estado.
  • 71. Control de una caldera Entre sus aplicaciones en la industria tenemos:  Esterilización: es común encontrar calderas en los hospitales, las cuales generan vapor para esterilizar los instrumentos médicos, también en los comedores con capacidad industrial se genera vapor para esterilizar los cubiertos, así como para la elaboración de alimentos en ollas y recipientes.  Calentar otros fluidos, por ejemplo, en la industria petrolera se calienta a los petróleos pesados para mejorar su fluidez y el vapor es muy utilizado.  Generar electricidad a través de un ciclo Rankine. Las calderas son parte fundamental de las centrales termoeléctricas y nucleares. Ejemplo las plantas nucleares usan calderas para generar electricidad.
  • 72. PROCESOS INDUSTRIALES. ESTUDIO DE CASOS Ejercicio 7. Realice el DTI que considere necesario para mantener una presión adecuada del vapor en la salida de la caldera. Vapor Agua Caliente Aire Humos Gas HOGAR
  • 73. INVESTIGAR PARA PRÓXIMO ENCUENTRO:  Teorema de Bernoulli (Fluidos Compresibles e incompresibles) (Medidores de presión diferencial o reductores de flujo, como la placa orificio)  Número de Reynolds  Principio de Arquímedes (Rotámetros)