Presentaci n Instrumentaci n1-Uc

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    10-Jul-2016

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Instrumentacion

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  • INSTRUMENTACIN DE PROCESOS I

  • Conceptos Bsicos

    Rango (R): Es el conjunto de valores que un instrumento puede medir dentro del espectro de la variable (dentro de los lmites superior e inferior de la capacidad de medida, de recepcin o de transmisin del instrumento.

    Ejemplo:

    R=(10 250) psi

    http://www.slideshare.net/javiergarciar/4-presin

  • SPAN, Alcance o Tendido (Sp): Es la amplitud o magnitud del rango del instrumento, o es la diferencia algebraica entre los valores superior e inferior del campo de medida del instrumento.Sp = |250 10|psi = 240 psi

    Rangoabilidad (Rg): Es la relacin (cociente) entre la mxima y mnima medida que se puede dar en el instrumentoRg = 25/1 Rg = 25:1

    Conceptos Bsicos

  • Valor mnimo de la variable de proceso (LRV): Valor mnimo de la variable de medida que un dispositivo est ajustado para medir. (10 psi)

    Valor mximo de la variable de proceso (URV): Valor mximo de la variable de medida que un dispositivo est ajustado para medir. (250 psi)

    Conceptos Bsicos

  • Conceptos Bsicos

    Supresin de cero (Transmisores): Es la cantidad con que el valor cero de la variable de proceso (LRV) supera positivamente el valor inferior del rango del instrumento.

    L H

    LRV

    URV

    Patm

    Patm

    Viene dado comnmente en porcentaje

    del SPAN

    R|calibrado = (0 200) H2O

  • Conceptos Bsicos

    Elevacin de cero (Transmisores): Es la cantidad con que el valor cero de la variable de proceso (LRV) supera negativamente el valor inferior del rango del instrumento

    L H

    LRVURV

    Patm

    Patm

    Viene dado comnmente en porcentaje

    del SPAN

    100H2O

    R|calibrado = (150 200) H2O

  • Ejemplo:Se sabe que en un proceso donde se controla presin, se tiene un rango de la variable de proceso de R(140 260)H2O. Determine si algunos de los siguientes transmisores de presin se puede usar, si a la salida del mismo deben haber 4ma cuando la presin est dada por LRV.

    PT1: R(0 554)H2O, eleva 10% y suprime 50%PT2: R(0 300)H2O, eleva 30% y suprime 20%

    Conceptos Bsicos

  • Conceptos Bsicos- Debe cumplirse que Sp(PT)>Sp(VP)- Cuando PT1 o PT2 reciban 140H2O, su salida sermayor a 4ma, por lo que se debe suprimir el cero del instrumento en 140H2O.PT1: Sp(PT1) =|554 0|H2O = 554H2OSp(PT1)>Sp(VP) = 120H2O OKPT1 suprime 50% es decir Suprime= = 227H2O

    Como mx capacidad supresin > supresin deseada

    FUNCIONA PT1

    10050

    *554

  • PT2: Sp(PT2) =|300 0|H2O = 300H2OSp(PT2)>Sp(VP) = 120H2O OKPT2 suprime 20% es decir Suprime= = 60H2O

    Como mx capacidad supresin < supresin deseada

    NO FUNCIONA PT2

    Se escoge el transmisor PT1Se escoge el transmisor PT1

    Conceptos Bsicos

    10020

    *300

  • Conceptos Bsicos SPAN AJUSTABLE (SDJ): Es otra forma de suministrar

    informacin sobre la capacidad de manejo de la variable asignada al transmisor.

    Ejemplo: Un transmisor de presin con SDJ (25 150)H2O, Puede usarse para medir una presin de (0 100)H2O?

    Significado de SDJ:SDJ|min = 25H2O Rmin (0 25)H2OSDJ|mx = 150H2O Rmin (0 150)H2O

    Si puede usarse el transmisor

  • Es por definicin, la diferencia existente entre el valor dado por el instrumento (valor ledo, VL) y el valor que se considera como verdadero (Vv) dado por un instrumento patrn.

    Error de medicin

    Causas de estas

    diferencias

    Calidad del Diseo del instrumento

    Condiciones del ambiente

    Desgaste de partes del instrumento

    Instalacin inapropiada

    Falta de calibracin

  • Error de medicin

    Caractersticas estticas del instrumento: Son aquellas consideradas cuando el instrumento es usado para medir seales NO cclicas.- Errores estticos- Desvos: Cero o multiplicacin- Zona muerta- Histresis- Respecto escala del instrumento: Apreciacin,

    error de escala, precisin

  • Error de medicin

    Error esttico (ee): Diferencia entre el valor ledo y el valor verdadero

    Patrn

    Manmetro

    Maleta de calibracin

    ee = VL - Vv En porcentaje %100*VvVv - V

    ee L=

  • Error de medicin

    Clase o exactitud instrumental: Definicin dada por la ISA para identificar la calidad instrumental, donde se considera el mximo error esttico cometido por el instrumento a lo largo de su rango.

    Desvo: Diferencia de la respuesta instrumental a una misma entrada, tomada en un intervalo de tiempo (1 mes, 1 ao, etc).

    %100*Sp

    eemxClase o exactitud =

  • Zona Muerta: Es el campo en el cual el instrumento no responde frente a los cambios producidos en la variable.(Viene dada en porcentaje del alcance o Span.

    Histresis: Es la diferencia mxima que se observa en los valores indicados por el ndice o la pluma del instrumento para el mismo valor del campo de medida, cuando la variable recorre toda la escala en los dos sentidos (ascendente y descendente). Se expresa en % del Span

    Error de medicin

  • Error de medicin

    Apreciacin: Mnimo variacin que puede ser ledo por un instrumento.

    Error de escala:

    Precisin (accuracy): Capacidad de un instrumento por la que tiende a dar lecturas muy prximas unas de otras.

    divisiones#lecminlecmxAp =

    2Ap

    es =

  • Error de medicin

    Precisin: Hay varias formas de expresarlo Porcentaje del Span o alcance En las unidades de medida Porcentaje de la lectura efectuada Porcentaje del valor mximo del campo de medida Porcentaje de la longitud de la escala

    Los instrumentos de medida estarn diseados por los fabricantes para que sean precisos, y como peridicamente se descalibran, deben reajustarse para

    que sean exactos

  • INSTRUMENTACIN DE PROCESOS I

  • Nociones generales de fluido y otras sustancias

    Lquido (incompresibles): Se caracteriza por tener un volumen constante si la temperatura y la presin son constantes, tienen una superficie libre que los limita cuando estn contenidos en un recipiente, y en general se les considera incompresibles.

    Densidad = 1 Densidad > 1 Densidad < 1

  • Nociones generales de fluido y otras sustancias

    Gases: Se caracterizan por ocupar todo el volumen del recipiente que los contiene, no posee superficie libre limitante, son compresibles.

    GAS IDEAL

    Gas Real: ExistenVariaciones de masa en cada sector del recipiente

  • Lquidos ideales: Adopta instantneamente la forma del recipiente que lo contiene. Agua destilada a 4C y 1 atm de presin.

    Gas ideal: Aquel que adopta la geometra del recipiente que lo contiene con una distribucin de masa homognea. Aire a 0C y 1 atm de presin.

    Nociones generales de fluido y otras sustancias

  • Densidad(): Es la relacin existente entre la masa (m) de una sustancia y el volumen que ocupa (Vol).

    NOTA: 1kg m = 2,2046 lb mMasa: Cantidad de materia de un cuerpo (escalar)

    [g m] [kg m] [lb m]Peso: fuerza que ejerce la gravedad sobre la masa de un cuerpo.

    (vectorial)[dina] [Nw] [poundal]

    Nociones generales de fluido y otras sustancias

    = 333 pie

    mlbm

    mkgcm

    mgvolumen

    masa

    cgs mks ingls

  • Peso especfico (): Es la relacin entre el peso (w) y la unidad de volmen de un cuerpo (Vol)

    Siendo:w = m.gm = .Vol

    Nociones generales de fluido y otras sustancias

    Volw

    =

    = .g

    = 333 pie

    poundalm

    Nwcm

    dina

  • Densidad relativa (G, adimensional): Es la relacin entre la densidad propia de la sustancia y lo considerado como patrn segn su estado.

    lquidosOH

    sust

    2

    G

    =

    Nociones generales de fluido y otras sustancias

    gasesaire

    sustG

    =

    3cmmg

    OHm

    mkg10001 32 == 33 mmkg

    cm

    mg3aire 293,110x293,1 ==

  • Gravedad especfica (Gs, adimensional): Es la relacin entre el peso especfico de la sustancia considerada y el peso especfico de la sustancia de referencia.

    lquidosOH

    susts

    2

    G

    =

    Nociones generales de fluido y otras sustancias

    gasesaire

    sustsG

    =

    3cmfg

    OHm

    fkg10001 32 == 3mfkg

    aire 293,1=

    3cmdina8

    OHm

    Nw98101081,9 32 == 3mNw

    aire 684,12=

    2s

    mmkg81,9fkg1 =

  • Viscosidad (): Es la propiedad de un fluido de oponerse a las deformaciones tangenciales o friccin existente entre las capas adyacentes del fluido.

    dydvabsoluta

    =

    Nociones generales de fluido y otras sustancias

    VmxV1V2

    dy

    = Esfuerzo cortante

    Nota: Si la friccin es despreciable se dice que el fluido es ideal

    222 ft

    spoundalm

    sNwcm

    sdinaUnidades de abs

  • Viscosidad cinemtica (c): Es la relacin entre la viscosidad absoluta y la densidad.

    = absc

    Nociones generales de fluido y otras sustancias

    = 2cm

    s.Dina1poise1

    = 2absoluta cm

    sdina

    = 2s

    cmmg1Dina1

    Usualmente se trabaja en centipoise, cp = Poise/100

    s

    cms

    m 22

    1 stroke

    Usualmente se trabaja en centistoke, cs = stoke/100

  • Nociones generales de fluido y otras sustancias

    Fluido Newtoniano

    dv/dy

    dv/dy

    Fluido No Newtoniano

  • Ecuacin de continuidad Lneas de Flujo: Son las trayectorias seguidas por una

    partcula de volumen (dv) en un fluido mvil

    Flujo de fluido estacionario: Fluido ideal (viscosidad tiende a cero) Un fluido se mueve de forma estacionaria, si dos partculas colocadas

    en diferentes lneas de flujo estn dotadas de igual velocidad

    v1v2v3v4

    v1= v2= v3= v4

    Estacionario si:

  • Ecuacin de continuidad Ley de conservacin de la masa: La masa no puede ser

    creada ni destruida slo se puede transformar.

    Deduccin de ecuacin de continuidad:

    v1

    v2v2A1

    L1

    L2

    Estado 1:Vol1=A1.L1 = A1.v1.t

    Estado 2:Vol2=A2.L2 = A2.v2.t

    Por conservacin de la masa:1.A1.v1.t = 2.A2.v2.t

    A2

  • Ecuacin de continuidadDeduccin de ecuacin de continuidad:

    v1

    v2v2A1

    L1

    L2 A1.v1 = A2.v2

    Si A1>A2 v1 < v2

    Siendo las densidades constantes = 1 = 2

    Q1= Q2Caudal o Flujo volumtricoA temperatura constante

    A2

  • Ecuacin de continuidad

    La ecuacin de continuidad es valida para fluidos reales

    A1

    L1

    L2

    1v

    2v

    Implicaciones de la ecuacin de continuidad:Siendo A1 = piDi2 / 4 y A2 = piD22 / 4

    2

    2

    1

    1

    2DD

    v

    v

    =

  • Ecuacin de continuidad

    Si hay cambio de temperatura:

    tmQg

    =

    tmQg =

    Flujo msico

  • N de ReynoldsEl nmero de Reynolds (NR), es un nmero adimensional que relaciona las propiedades fsicas del fluido, su velocidad y la geometra del ducto por el que fluye y esta dado por:

    absR

    vDiN

    =

    c

    RvDiN

    =

    OSBORNE REYNOLDS (1883)

    NR < 2100 Flujo Laminar2100 < NR < 4000 Flujo de transicin

    NR > 4000 Flujo Turbulento

  • Rgimen de flujo:

    Laminar:

    Turbulento:

    Vmx

    N de Reynolds

    Comportamiento del fluido a distintas velocidades

  • Ecuacin de BernoulliEstablece que la energa total de un fluido ideal (viscosidad cero) es igual a una constante

    v 1

    v 2

    A 1

    L 1

    L 2

    Z1

    Z2

    Al pasar del estado 1 al 2, se produce un trabajo neto

    F 1

    F 2

  • 1112222Edo1EdoN LApLApT =

    11222Edo1EdoN LFLFT =

    Ecuacin de Bernoulli

    EpEc)pp(VolT 122Edo1EdoN +==2vm

    21Ec = )zz(gmEp 21 =

    Siendo Vol1 = Vol2 (lquido)

    Sustituyendo ec. 2 y ec. 3 en ec. 1, siendo Vol = m/ y dividiendo entre g,

    (1)

    (2) (3)

    zzzg2vv

    gpp

    12

    22

    2121 ==+

    Altura ganada por cambio de presin

    Altura ganada por cambio de velocidad

    Altura total alcanzada

  • Ecuacin de Bernoulli

    Ejemplo: Dado el siguiente tanque, determine la presin de fondo (P2 = Pf)

    Patm

    h = cteLquido de densidad

    Pf = ?

  • zzzg2vv

    gpp

    12

    22

    2121 ==+

    P1 = PatmP2 = PfZ1 = hZ2 = 0v1 = v2 = 0

    hg

    pp fatm=+

    pf = patm + gh

    pfg = gh = h

    Ecuacin de Bernoulli

    Presin manomtrica

  • INSTRUMENTACIN DE PROCESOS I

  • Clasificacin de los instrumentos de medicin

    Segn forma de medicin

    Segn energa que utilizan

    Manuales (balanza)Automtica (manmetro, tester)

    Auto operados (no necesita fuente externa)Energizados (requiere fuente externa)

  • Clases de instrumentos

    Funcin

    CiegosElementos primarios

    Indicadores

    Registradores

    Transmisores

    Convertidores

    Controladores

    Elementos finales de control

    Variable medida

    Presin

    Seal

    TemperaturaNivelCaudal

    Analgicos

    Digitales

    Otros

    DensidadHumedadViscosidadPosicinpH

  • Son aquellos que no tienen indicacin visible de la variable

    Presin(Variable del

    proceso)

    Instrumentos ciegos

    Cambio en el estado de un

    contacto elctrico

    Presostato - Presostato- Termostato- Transmisores sin

    indicacin

  • Instrumentos indicadores

    Los instrumentos indicadores disponen de un ndice y de una escala graduada en la que puede leerse el

    valor instantneo de la variable.

    Presin(Variable del

    proceso)

    Lectura del estado de la variable del

    proceso)

    ConcntricoExcntrico

    Digital

  • Los instrumentos indicadores registran con trazo continuo o a puntos la variable, y pueden ser circulares o de grfico rectangular o alargado segn sea la forma del grfico.

    Temperatura(Variable del

    proceso)

    Lectura y registro del estado de la

    variable del proceso)

    Instrumentos registradores

  • Instrumentos registradores

    Tarjetas de adquisicin de datos

    Tendencias de Rango y TiempoBase de datos histrica

    Software

  • Instrumentos registradoreshttp://controlloopfoundation.com/distillation-column-process.aspx

  • Estn en contacto con la variable y utilizan o

    absorben energa del medio controlado para dar al

    sistema de medicin una indicacin en respuesta a la

    variacin de la variable controlada.

    Caudal (Variable del

    proceso)

    Cambio de presin

    diferencial

    Tobera

    Elementos primarios de medida

  • Placa orificio

    Elementos primarios de medida

    Termopar

  • Transductores

    Se designa as a los sensores que reciben una seal de entrada, funcin de una o ms cantidades fsicas y la convierten, modificada o no, a una seal de salida.

    Elemento primarioRel Transmisor Otros

  • Elementos transmisores

    Captan la variable del proceso a travs del elemento primario y la transmiten a distancia en forma de seal neumtica, electrnica o

    digital (Fieldbus, modbus, entre otros).

    Presin Diferencial(Variable del proceso)

    Seal transmitida(Electrnica)

  • Elementos transmisores

    Operacin de transmisores

  • Exactitud

    Exactitud

    Exactitud

    Elementos transmisores

  • Instrumentos controladores

    Comparan la variable controlada (presin, nivel, temperatura) con un valor deseado y ejercen una accin correctiva de acuerdo con

    la desviacin.

    Valor deseado Accin

    correctiva

    Variable controlada

  • Instrumentos convertidoresConvierten el tipo de una seal de entrada normalizada en otro

    tipo de seal normalizada

    Seal de entrada elctrica (Tensin

    o corriente)

    Seal de salida (Neumtica)

    Convertidor electroneumtico

    (Convertidor I/P E/P)

  • Elementos finales de controlRecibe la seal del controlador y modifica el agente de control, es

    decir, el estado de la variable manipulada.

    Cuerpo

    Actuador

    Seal proveniente del sistema de

    control

    Variable manipulada

    (Caudal)

  • Elementos finales de control

    TiristoresModutrol

  • Variable controlada (Caudal)

    Transmisor

    PLANTA

    SALA DE CONTROL Fuente Controlador

    Elemento final de control

    Entrada

    Salida

    Variable manipulada

    (Caudal)

    Ejemplo de un sistema de control

    Elemento primario (Placa con orificio)

    Convertidor

  • Segn variable medida

    Esta clasificacin corresponde especficamente al tipo de las seales medidas, siendo independiente del sistema empleado en la conversin de la seal de proceso.

    En la designacin del instrumento se utilizan dos clasificaciones: por funcin

    y por variable medida

  • INSTRUMENTACIN DE PROCESOS I

  • Normas ISAEstablecen un medio uniforme para designacin losinstrumentos y los sistemas de la instrumentacin

    usados para la medicin yControl, incluyendo smbolos y cdigos de

    identificacin

    ANSI / ISA-S5.1-1984 R(1992)

    ANSI: American National EstndarISA: Instrument Society of America

  • Normas ISA

    ANSI/ISA-S5.1-1984 (R1992), Identificacin y smbolos de instrumentacin.

    ANSI/ISA-S5.2-1976 (R1992), Diagramas lgicos binarios para operaciones de proceso.

    ISA-S5.3-1983, Smbolos grficos para control distribuido, instrumentacin de desplegados compartidos, sistemas lgicos y computarizados.

    ANSI/ISA-S5.4-1991, Diagramas de lazo de instrumentacin.

    ANSI/ISA S5.5-1985, Smbolos grficos para desplegados de proceso.

  • Reglas para la identificacin de instrumentos

    a) Cada instrumento o funcin a ser identificado se ledesigna un cdigo alfanumrico o nmero de identificacin:TIC-103

    b) El nmero del instrumento puede incluir informacin delcdigo de rea o series especficas. Normalmente la serie900 a 99 puede ser utilizada para instrumentos relacionadoscon seguridad.

    TICTIC103103Identificacin

    funcional Nmero del instrumento

  • Reglas para la identificacin de instrumentos

    c) Cada instrumento puede representarse en un diagrama por un smbolo que puede acompaarse con una identificacin.

    d) La identificacin funcional del instrumento consiste de letras de acuerdo a la tabla, en donde la primer letra designa la variable controlada y una o mas letras subsecuentes identifican la funcin del instrumento.

    TICTICVARIABLE MEDIDA(Temperatura)

    FUNCIN(Indicador Controlador)

  • Identificacin de

    instrumentos

  • Combinaciones tpicas de letras

  • e) La identificacin funcional del instrumento se realiza de acuerdo a la funcin y no a la construccin (por ejemplo, untransmisor de nivel LT en lugar de un transmisor de presindiferencial PDT).

    f) El nmero de letras utilizado debe ser el mnimo para describir al instrumento, no excediendo de 4 letras.

    g) Un instrumento multifuncional puede ser simbolizado por ms de un instrumento.

    Reglas para la identificacin de instrumentos

  • 1. Cualquier letra primera se utiliza con las letras de modificacin D (diferencial), F (relacin) o Q (interpretacin) o cualquier combinacin de las mismas cambia su significado para representar una nueva variable medida. Por ejemplo, los instrumentos TDI y TI miden dos variables distintas, la temperatura diferencial y la temperatura, respectivamente.

    2.La letra A para anlisis, abarca todos los anlisis no indicados en la tabla anterior que no estn cubiertos por una letra libre. Es conveniente definir el tipo de anlisis al lado del smbolo en el diagrama de proceso.

    Notas para la identificacin de instrumentos

  • Notas para la identificacin de instrumentos

    3.El empleo de la letra U como multivariable en lugar de una combinacin de primera letra, es opcional.

    4.El empleo de los trminos de modificaciones alto, medio, bajo, medio o intermedio y exploracin, es opcional.

    5.El termino seguridad, debe aplicarse solo a elementos primarios y a elementos finales de control que protejan contra condiciones de emergencia (peligrosas para el equipo o el personal). La designacin PSV se aplica a todas las vlvulas proyectadas para proteger contra condiciones de emergencia de presin sin tener en cuenta las caractersticas de la vlvula y la forma de trabajo la colocan en la categora de vlvula de seguridad, vlvula de alivio o vlvula de seguridad de alivio.

  • Notas para la identificacin de instrumentos

    6.Se supone que las funciones asociadas con el uso de la letra sucesiva Y se definirn en el exterior del smbolo del instrumento cuando sea conveniente hacerlo as.

    7.Los trminos alto, bajo y medio o intermedio deben corresponder a valores de la variable medida, no a los de la seal a menos que se indique de otro modo. Por ejemplo, una alarma de nivel alto derivada de una seal de un transmisor de nivel de accin inversa debe designarse LAH incluso aunque la alarma sea actuada cuando la seal cae a un valor bajo.

  • Notas para la identificacin de instrumentos

    8.Los trminos alto y bajo, cuando se aplican a vlvulas, o a otros dispositivos de cierre apertura, se definen como sigue:

    Alto: indica que la vlvula esta, o se aproxima a la posicin de apertura completa.

    Bajo: Denota que se acerca o esta en la posicin completamente cerrada.

  • Notas para la identificacin de instrumentos

    8.Los trminos alto y bajo, cuando se aplican a vlvulas, o a otros dispositivos de cierre apertura, se definen como sigue:

    Alto: indica que la vlvula esta, o se aproxima a la posicin de apertura completa.

    Bajo: Denota que se acerca o esta en la posicin completamente cerrada.

  • Normas Isa. Ejemplo

    Efectuar la identificacin funcional de los siguientesinstrumentos:a) LICb) PYc) FVd) FQIe) WTf) TEg) AICh) SRi) TAHHj) LSL

  • Normas Isa. EjemploIndicar los cdigos alfanumricos de los siguientes instrumentos:

    a) Registrador de temperaturab) Convertidor electroneumtico de presinc) Interruptor por bajo nivel de flujod) Indicador de velocidade) Termopozo de temperaturaf) Controlador de presing) Vlvula de control de anlisish) Alarma por muy alta presini) Relevador de presin

  • Smbolos generales de instrumentos

  • Normas Isa. Ejemplo

    LOCALIZACINPP En lnea de procesoLO En campo, localPNB En tablero principal de controlBPNB Parte posterior del tableroPNBL En tablero de control local

    LOCALSUMINISTROSSA Suministro de aireSE Suministro elctricoSG Suministro de gasSH Suministro hidrulicoSN Suministro de nitrgenoSS Suministro de vaporSW Suministro de agua

  • Las lneas de los instrumentos indican el tipo de seal (es) que manejan estos como entrada(s) salida(s)

    Lneas de los instrumentos

    Normas ISA

  • Normas ISA

    Actuacin del actuador ante fallas de energa

  • Relevadores de Cmputo

  • Normas Isa. Ejemplo