Download - Normas ISA aplicables a DTI / P&ID
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UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR
Decanato de Estudios Profesionales
Coordinacin de Ingeniera Electrnica
Diseo del Sistema de Instrumentacin y Control
utilizando INtools 7.0 en el proyecto piloto CHOPS
Por
Alejandro Rafael Viera Velandia
Sartenejas, Enero 2007
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UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR
Decanato de Estudios Profesionales
Coordinacin de Ingeniera Electrnica
Diseo del Sistema de Instrumentacin y Control
utilizando INtools 7.0 en el proyecto piloto CHOPS
Por
Alejandro Rafael Viera Velandia
Realizado con la Asesora de
William Colmenares y
Jos Luis Aez
Informe Final de Cursos en Cooperacin Tcnica y Desarrollo Social
Presentado ante la Ilustre Universidad Simn Bolvar
como requisito parcial para optar al ttulo de Ingeniero Electrnico
Sartenejas, Enero 2007
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UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR Decanato de Estudios Profesionales
Coordinacin de Ingeniera Electrnica
Diseo del Sistema de Instrumentacin y Control utilizando INtools 7.0
proyecto piloto CHOPS
Informe Final de Cursos en Cooperacin Tcnica y Desarrollo Social presentado por:
Alejandro Rafael Viera Velandia
REALIZADO CON LA ASESORA DE William Colmenares y Jos Luis Aez
RESUMEN
El trabajo de pasanta estuvo centrado en la elaboracin de documentos de ingeniera para un proyecto de produccin de crudo pesado, con los cuales se presenta de manera clara y organizada la informacin de los componentes del Sistema de Instrumentacin y Control de la planta. Dicha documentacin se elabor utilizando la herramienta de software SmartPlant Instrumentation de la compaa Intergraph, tambin conocida como INtools v7.0, versin que no haba sido utilizada anteriormente por la empresa VEPICA. Esta herramienta se encarga de mantener toda la informacin centralizada en una base de datos Oracle, con lo cual se mejora la productividad y la calidad del producto elaborado.
Se elaboraron documentos tales como: ndice de instrumentos y seales, hojas de datos de instrumentos, diagramas de conexiones, diagramas de lazos, detalles de instalacin de instrumentos, lista de materiales y lista de cables. Adems, se cont con herramientas de apoyo como Sybase Infomaker y AutoCAD, los cuales permitieron obtener documentos de gran calidad.
Adicionalmente, se elaboraron especificaciones generales para: Controlador Lgico Programable(PLC), Sistemas de Control Distribuido (DCS), Sistemas de Parada de Emergencia (ESD) y Sistemas de Manejo de Quemadores (BMS). Estos documentos se redactaron utilizando el idioma ingls, por requisito del Departamento de Instrumentacin de la empresa.
PALABRAS CLAVES: Instrumentacin, documentacin, proyectos de ingeniera,
INtools, Sistemas de Control.
Sartenejas, Enero 2007
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AGRADECIMIENTOS
Quiero agradecer al Departamento de Instrumentacin de VEPICA por la
oportunidad que me brindaron para comenzar mi desempeo profesional y
a la vez culminar satisfactoriamente mis estudios de Ingeniera
Electrnica. En especial quiero agradecer al Ing. Jos Luis Aez, por su
apoyo y orientacin durante el desarrollo de este trabajo.
Al Prof. William Colmenares por sus correcciones y sugerencias en la
elaboracin de este libro.
A mis hermanos, Jorge y Mariela, por su apoyo y momentos de distraccin
que me ayudaron a atravesar con tranquilidad y paciencia los estudios
universitarios. Igualmente, a mis otros hermanos, Ral y Rafael, sin cuya
amistad incondicional y buen sentido del humor no hubiera sido posible
durar los ltimos cinco aos de estudios.
A Eduardo, mi buen amigo y excelente compaero; de tragedias y alegras
en los laboratorios y en la Pasanta Corta. Fue un placer haber compartido
muchas ideas y horas de trabajo.
A Maitana, por su gran amor, su cario, su comprensin y su apoyo
incondicional durante los ltimos meses.
Y muchas gracias a mis padres, sin quienes no estara en donde estoy.
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta i
NDICE GENERAL
ndice General ............................................................................................................... i
Lista de Tablas ............................................................................................................. v
Lista de Figuras ........................................................................................................... vi
Lista de Smbolos y Abreviaturas ............................................................................... vii
1. INTRODUCCIN................................................................................................... 1
1.1. VEPICA (Venezolana de Proyectos Integrados, C.A.) ............................... 2
1.1.1. Misin ............................................................................................. 3
1.1.2. Visin ............................................................................................. 3
1.1.3. Valores ........................................................................................... 4
1.2. Justificacin del Problema .......................................................................... 5
1.3. Estructura del libro ...................................................................................... 5
2. OBJETIVOS .......................................................................................................... 7
3. FUNDAMENTOS TERICOS ............................................................................... 9
3.1. Proyectos de Ingeniera ............................................................................ 10
3.1.1. Ingeniera Conceptual: ................................................................. 10
3.1.2. Ingeniera Bsica.......................................................................... 11
3.1.3. Ingeniera de Detalle .................................................................... 11
3.2. Estimados de costo .................................................................................. 13
3.3. Elaboracin de documentos ..................................................................... 13
3.3.1. Diagramas de Tuberas e Instrumentos (P&IDs) ......................... 14
3.3.2. ndice de instrumentos ................................................................. 14
3.3.3. Hojas de datos de instrumentos ................................................... 16
3.3.4. Diagramas de lazos de control ..................................................... 17
3.3.5. Lista de cables ............................................................................. 19
3.3.6. Plano de ubicacin y canalizacin neumtica de instrumentos .... 20
3.3.7. Plano de ubicacin y canalizacin elctrica de instrumentos ....... 20
3.3.8. Detalles de instalacin ................................................................. 21
3.3.9. Lista de conexiones ...................................................................... 22
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta ii
3.4. Instrumentacin ........................................................................................ 23
3.4.1. Caractersticas de los instrumentos: ............................................ 23
3.4.2. Clasificacin de instrumentos ....................................................... 24
3.5. Clasificacin de reas .............................................................................. 26
3.5.1. Norma norteamericana ................................................................. 28
3.5.2. Norma europea ............................................................................ 29
3.5.3. Mtodos de Proteccin ................................................................. 31
3.6. Sistemas de Control ................................................................................. 38
3.6.1. Introduccin .................................................................................. 38
3.6.2. Lazo Simple ................................................................................. 40
3.6.3. Controlador Lgico Programable (PLC) ....................................... 40
3.6.4. SoftPLC o Emulador de PLC ........................................................ 41
3.6.5. Sistema de Control Distribuido (DCS) .......................................... 42
3.6.6. Control Supervisorio y Adquisicin de Datos (SCADA) ................ 42
3.6.7. Sistemas instrumentados de seguridad (SIS) .............................. 43
3.7. Normas y Estndares ............................................................................... 45
3.7.1. ANSI/ISA S5.1 .............................................................................. 47
3.7.2. ANSI/ISA S20 ............................................................................... 51
3.7.3. ANSI/ISA 84.00.01 (IEC 61511 Mod.) .......................................... 52
3.7.4. NFPA 85 ....................................................................................... 52
3.8. SmartPlant Instrumentation ...................................................................... 53
3.8.1. Mdulo de Administracin (Administration Module) ..................... 54
3.8.2. Mdulo Navegador (Browser Module) .......................................... 55
3.8.3. Mdulo de ndice de Instrumentos (Instrument Index Module) ..... 56
3.8.4. Mdulo de Especificaciones (Specifications Module) ................... 57
3.8.5. (Mdulo Archivador de Documentos (Document Binder Module) 58
3.8.6. Mdulo de Conexionado (Wiring Module) .................................... 59
3.8.7. Mdulo de Diagramas de Lazo (Loop Drawings Module) ............. 59
3.8.8. Mdulo de Detalles de Instalacin (Hook-ups Module) ................ 60
3.8.9. Mdulo de Datos de Proceso (Process Data Module) .................. 60
3.8.10. Mdulo de Clculos (Calculation Module) .................................. 61
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta iii
3.8.11. Mdulo de Mantenimiento (Maintenance Module) ..................... 61
3.8.12. Mdulo de Calibracin (Calibration Module) .............................. 61
3.8.13. (Mdulo de Construccin (Construction Module) ....................... 62
3.9. Conectividad Abierta de Bases de Datos (Open DataBase Connectivity -
ODBC) ...................................................................................................... 62
3.10. Otras herramientas de Software ............................................................... 63
3.10.1. Sybase Informaker ..................................................................... 63
3.10.2. Microsoft Access ........................................................................ 64
3.10.3. AutoCAD .................................................................................... 64
3.10.4. Enhanced Report Utility .............................................................. 65
3.10.5. Symbol Editor ............................................................................. 65
3.10.6. Import Utility ............................................................................... 66
4. DESARROLLO DE LA DOCUMENTACIN PARA EL PROYECTO CHOPS,
UTILIZANDO SMARTPLANT INSTRUMENTATION .......................................... 68
4.1. Familiarizacin con el diseo de los sistemas de instrumentacin
industrial. .................................................................................................. 69
4.2. Familiarizacin con SmartPlant Instrumentation....................................... 70
4.3. Familiarizacin con el proyecto CHOPS ................................................... 70
4.3.1. Familiarizacin con el proceso ..................................................... 71
4.3.2. Familiarizacin con los criterios de diseo ................................... 73
4.4. Emisin de un ndice de instrumentos ...................................................... 74
4.5. Personalizacin de reportes ..................................................................... 80
4.6. Elaboracin de Hojas de Datos de Instrumentos...................................... 82
4.7. Elaboracin de Diagramas de Conexionado ............................................ 85
4.8. Elaboracin de Diagramas de Lazos de Control ...................................... 89
4.9. Elaboracin de Detalles de Instalacin de Instrumentos .......................... 92
4.10. Facilidades para la importacin de datos ................................................. 95
4.10.1. Importacin de Hojas de Datos de Excel ................................... 97
5. DESARROLLO DE ESPECIFICACIONES GENERALES PARA SISTEMAS DE
CONTROL ......................................................................................................... 102
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta iv
5.1. Controlador Lgico Programable (PLC) ................................................. 103
5.2. Sistema de Control Distribuido (DCS) .................................................... 104
5.3. Sistema de Parada de Emergencia (ESD) ............................................. 104
5.4. Sistema de Gestin de Quemadores (BMS) .......................................... 105
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................... 107
7. GLOSARIO ....................................................................................................... 109
8. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS ................................................................. 111
ANEXO 1: DIAGRAMAS DE TUBERAS E INSTRUMENTACIN
ANEXO 2: NDICE DE INSTRUMENTOS
ANEXO 3: ASIGNAR UN TITLE BLOCK A UN TIPO PERSONALIZADO DE REPORTE EN SMARTPLANT INSTRUMENTATION
ANEXO 4: HOJAS DE DATOS
ANEXO 5: LISTA DE CABLES
ANEXO 6: DIAGRAMAS DE CABLEADO (POR REGLETA)
ANEXO 7: DIAGRAMAS DE CABLEADO (POR SEALES)
ANEXO 8: DIAGRAMAS DE CABLEADO PUNTO A PUNTO
ANEXO 9: DIAGRAMAS DE LAZO
ANEXO 10: DETALLES DE INSTALACIN DE INSTRUMENTOS
ANEXO 11: LISTA DE MATERIALES
ANEXO 12: ESPECIFICACIONES GENERALES PARA PLC
ANEXO 13: ESPECIFICACIONES GENERALES PARA DCS
ANEXO 14: ESPECIFICACIONES GENERALES PARA ESD
ANEXO 15: ESPECIFICACIONES GENERALES PARA BMS
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta v
LISTA DE TABLAS
TABLA 3-1: TABLA DE ASIGNACIN DE GRUPOS SEGN LA NORMA NORTEAMERICANA [14] ........................... 30
TABLA 3-2: IEC VS. NEC: GRUPOS ................................................................................................... 31
TABLA 3-3: IEC VS. NEC: CLASIFICACIN DE TEMPERATURAS ................................................................ 32
TABLA 3-4: LETRAS DE IDENTIFICACIN ISA S5.1.[21] ....................................................................... 50
TABLA 4-1: IMPORTACIN DE INSTRUMENTOS A UN DETALLE DE INSTALACIN ........................................... 97
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta vi
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 3-1: TRINGULO DE EXPLOSIN ............................................................................................. 27
FIGURA 3-2: IEC VS. NEC: DIVISIONES Y ZONAS .................................................................................. 31
FIGURA 3-3: ESQUEMA SIMPLIFICADO DE UN SISTEMA DE SEGURIDAD INTRNSECA...................................... 35
FIGURA 3-4: ESQUEMA DE UNA BARRERA DE DIODO ZENER [16] ............................................................ 36
FIGURA 3-5: ESQUEMA DE UNA BARRERA CON AISLAMIENTO GALVNICO [16].......................................... 37
FIGURA 3-6: TAG DE IDENTIFICACIN [21] .......................................................................................... 48
FIGURA 3-7: LNEAS DE CONEXIN DE INSTRUMENTOS ISA S5.1 [21] ................................................... 49
FIGURA 3-8: SMBOLOS GENRICOS DE INSTRUMENTOS ISA S5.1 [21] .................................................. 51
FIGURA 3-9: ARQUITECTURA ODBC .................................................................................................. 63
FIGURA 4-1: DIAGRAMA DE PROCESO DE LA PLANTA CHOPS ................................................................. 72
FIGURA 4-2: AADIR INSTRUMENTO .................................................................................................. 77
FIGURA 4-3: PROPIEDADES DE UN INSTRUMENTO ................................................................................. 78
FIGURA 4-4: BLOQUE DE TTULO INTERGRAPH ...................................................................................... 81
FIGURA 4-5: CONTROL TIPO TEXTBOX EN UNA HOJA DE DATOS ................................................................ 82
FIGURA 4-6: COMENTARIO DEL CLIENTE INFORMACIN INCORRECTA EN UN CAMPO TIPO TEXTBOX ............. 83
FIGURA 4-7: EJEMPLO DE UN CONTROL TIPO RADIOBUTTON ................................................................... 83
FIGURA 4-8: EJEMPLO DE CONTROL TIPO LISTBOX ................................................................................ 84
FIGURA 4-9: DIAGRAMA GENERAL DEL CONEXIONADO .......................................................................... 87
FIGURA 4-10: BLOQUES DE DIBUJO PARA DIAGRAMAS DE LAZO .............................................................. 90
FIGURA 4-11: MDULO DE DIAGRAMAS DE LAZO ................................................................................ 91
FIGURA 4-12: DETALLE DE INSTALACIN - MANMETRO CON SELLO DIAFRAGMA Y SIFN ............................. 94
FIGURA 4-13: FORMATO PARA IMPORTACIN DE HOJAS DE DATOS DE EXCEL ............................................ 99
FIGURA 4-14: EXTRACTO DE UNA HOJA DE DATOS HECHA EN EXCEL ....................................................... 100
FIGURA 4-15: INFORMACIN EXTRADA DE LA HOJA DE DATOS, LISTA PARA SER IMPORTADA ........................ 100
FIGURA 5-1: ARCHITECTURA TMR EN EL SISTEMA ABB TRIGUARD SC300E [28] .................................... 105
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta vii
LISTA DE SMBOLOS Y ABREVIATURAS
API American Petroleum Institute
BMS Burner Management System
BOM Bill Of Materials
BPCS Basic Process Control System
CAD Computer Aided Design
CCM Centro de Control de Motores
CHOPS Cold Heavy Oil Production with Sand
CP Cold Production
CPM Critical Path Method
DCS Distributed Control System
DDP Dimensional Data for Piping
EMI Electromagnetic Interference
ESD Emergency Shutdown
FAT Factory Acceptance Test
HMI Human Machine Interface
I/O Input/Output
IP Internet Protocol
ISA Instrumentation, System and Automation Society
ISO International Organization for Standardization
MTBF Mean Time Between Failure
MTTF Mean Time To Failure
MTTR Mean Time To Repair
NFPA National Fire Protection Association
ODBC Open Database Connectivity
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta viii
PL Panel Local
PLC Programmable Logic Controller
PPT Pressure Pulsing Technology
RFI Radio Frequency Interference
RTD Resistance Temperature Detector
SAGD Steam Assisted Gravity Drainage
SAT Site Acceptance Test
SCADA Supervisory Control and Data Acquisition
SI-BMS Safety Instrumented Burner Management System
SIL Safety Integrity Level
SIS Safety Instrumented System
SPI SmartPlant Instrumentation
SQL Structured Query Language
TCP Transmission Control Protocol
TMR Triple Modular Redundancy
UPS Uninterrupted Power System
VAPEX Vapor Assisted Petroleum Extraction
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111...
IIINNNTTTRRROOODDDUUUCCCCCCIIINNN
En la actualidad es muy difcil encontrar una planta donde el proceso de produccin no
cuente con tecnologa de automatizacin. Con el rpido desarrollo de la tecnologa, la
automatizacin industrial ha venido ganando cada vez ms terreno. La industria
petroqumica ha sido uno de los grandes ejemplos desde hace muchos aos. Hace un
tiempo atrs, era necesario disponer de una gran cantidad personal de planta, encargado de
hacer mediciones en campo en cada uno de los tanques y tuberas, registrando y tomando
las acciones necesarias para mantener la produccin de la planta. Sin embargo, esa mano
de obra es cada vez menor gracias a los avances en el diseo de los instrumentos de
medicin y de los sistemas de control.
Antonio Creus, autor de uno de los libros ms conocidos en el rea, define
instrumentacin como el conjunto de dispositivos que permiten medir, registrar y controlar las
variables de un proceso [1]. Es decir, la disciplina de instrumentacin no se encarga
solamente de los instrumentos de campo, sino que tambin se encarga del diseo de los
controladores y de la interconexin de todos los elementos involucrados, en lo que se
conoce como un Sistema de Control. Gracias a la instrumentacin industrial, cada vez es
menor la cantidad de personal necesario para la operacin de una planta, centrando el
trabajo humano en la supervisin y mantenimiento.
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta Captulo 1 Introduccin 2
El trabajo de pasanta se llevo a cabo con el Departamento de Instrumentacin de la
empresa VEPICA, la cual cuenta con una gran experiencia en proyectos de ingeniera para
la industria petrolera nacional e internacional.
1.1. VEPICA (Venezolana de Proyectos Integrados, C.A.)
Venezolana de Proyectos Integrados VEPICA, C.A. es una empresa lder en el
desarrollo de proyectos de ingeniera, procura, construccin, operacin y mantenimiento.
Ofrece 30 aos de experiencia, lo que equivale a ms de 1500 proyectos realizados para
ms de 50 clientes. Sus servicios destacan por la rapidez en la ejecucin, el uso de
tecnologa de punta y la implementacin de las tcnicas gerenciales ms avanzadas.
VEPICA cuenta con el respaldo accionario de Wood Group, una corporacin global
lder en la prestacin de servicios en las reas de petrleo, gas y generacin de energa.
Esta alianza permite a VEPICA ofrecer una autentica red mundial de servicios
profesionales y comerciales.
La empresa brinda una amplia variedad de servicios en ingeniera que se
extienden desde la conceptualizacin, hasta la puesta en marcha de proyectos
a mediana y gran escala. Desde 1997, VEPICA cuenta con la certificacin ISO
9001:2000 en Servicios de Gerencia de Proyectos, Ingeniera, Procura y
Gerencia de Construccin. [2]
Los servicios de ingeniera que ofrece VEPICA son:
Gerencia integral de proyectos
Desarrollo de ingeniera conceptual, bsica y de detalle
Planificacin y control de proyectos
Procura y gestin de procura
Estimacin y control de costos
Gerencia de construccin
Automatizacin y control
La divisin de ingeniera de la empresa se encuentra dividida en seis disciplinas:
Civil, Elctrica, Equipos, Tuberas, Procesos e Instrumentacin y Control. Dependiendo
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta Captulo 1 Introduccin 3
del alcance del proyecto, puede que intervengan todas o solo algunas de las disciplinas,
y el alcance de trabajo de cada una de ellas debe ser establecido antes de comenzar el
proyecto. El trabajo de pasanta se elabor dentro de la disciplina de Instrumentacin y
Control, la cual se encarga de disear el sistema de control y monitoreo de la planta,
incluyendo la seleccin, ubicacin y configuracin de instrumentos medidores,
actuadores y controladores; el diseo de la filosofa de control y la interconexin de todo
el sistema. Las tareas de diseo del sistema se llevan a cabo mediante la elaboracin de
una serie de documentos, en los cuales se organiza toda la informacin del sistema.
Dichos documentos sirven para lograr una fcil instalacin del sistema y, posteriormente,
facilitar las labores de mantenimiento y supervisin del mismo.
1.1.1. Misin
Hacer realidad la Visin de los clientes, mediante la participacin proactiva de
nuestra gente y la integracin de la cadena de suministro, generando valor en la
ejecucin de proyectos de inversin y la gerencia de activos.
Vivimos nuestra Misin bajo los principios fundamentales de la excelencia, la
creatividad, el desarrollo del intelecto, la rentabilidad del negocio, el respeto por el
ambiente, las relaciones con la comunidad y el mejoramiento de la calidad de vida de
los miembros de nuestra organizacin en forma sostenida.
1.1.2. Visin
Ser reconocida como:
La empresa lder en el pas, ampliando sus mercados en la bsqueda de la
globalizacin de sus servicios de ingeniera, procura, construccin,
tecnologa, operacin y mantenimiento con una slida capacidad financiera
para aumentar la participacin en proyectos a gran escala.
Una escuela tecnolgica de clase mundial, para que su gente se forme y
contribuya a transformar a Venezuela en el nuevo prestador de servicios
petroleros para el mundo.
Una empresa conformada por un grupo de profesionales con una cultura
sustentada en la interdependencia, el sentido comercial, la participacin en la
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta Captulo 1 Introduccin 4
toma de decisiones y el compromiso con los valores de conciencia
comunitaria y el desarrollo del pas.
1.1.3. Valores
Integridad: Realizan sus tareas y responsabilidades con honorabilidad y
honestidad, respetando los principios ticos del medio donde se desenvuelven
generando confiabilidad en sus clientes, accionistas, colaboradores y
proveedores.
Interdependencia: Valoran el esfuerzo en equipo para el logro de metas y
objetivos comunes. Orientan sus actividades con foco en la colaboracin y
efectividad interpersonal, con un alto nivel de respeto, sinceridad y
transparencia en sus relaciones de trabajo. Brindan oportunidades de
mejoramiento y aprendizaje a su personal, estableciendo un esquema de
trabajo basado en el liderazgo efectivo de su gente.
Profesionalismo: Reconocen en cada uno de sus colaboradores la excelencia
y el valor agregado en el ejercicio de sus funciones. Consideran que su ms
valioso activo es el capital humano, su conocimiento y experiencia, y la
competencia con que se desarrollan sus actividades. Fortalecen como valor
corporativo el desarrollo de soluciones innovadoras.
Creatividad e Innovacin: Reconocen y promueven la capacidad creativa de
sus colaboradores, creando las condiciones que permiten el desarrollo de
soluciones innovadoras.
Conciencia Comercial: Creen en un estilo centrado en el uso efectivo del
tiempo y los recursos de su empresa y sus clientes. Enfocan el
comportamiento corporativo y la medicin de resultados, responsabilidad,
visibilidad, rendicin de cuentas y logro por objetivos, alineados con las
necesidades de sus clientes y su entorno.
Ambiente de Trabajo: Trabajan con un equipo de personas felices, en un
ambiente retador y estimulante, proveen que su gente junto con sus familiares
mejoren su calidad de vida y potencien su desarrollo personal.
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta Captulo 1 Introduccin 5
Trascendencia: Promueven el crecimiento sostenido y permanente de su
propio negocio, enfocndose en la productividad, el sentido de pertenencia y
el logro al xito, como un aporte de su corporacin al fortalecimiento de los
valores e institucionalidad de nuestra sociedad.[3]
1.2. Justificacin del Problema
La empresa VEPICA, una de las empresas lderes en Venezuela para la realizacin
de Ingeniera asociada a proyectos industriales, requiere iniciar la utilizacin de la versin
7.0 de la Plataforma de Diseo INtools, ahora llamada SmartPlant Instrumentation (SPI),
en el desarrollo de los proyectos mayores en la disciplina de Instrumentacin y
Automatizacin.
Los proyectos mayores desarrollados por las empresas de Ingeniera a nivel
mundial para el rea de Instrumentacin y Automatizacin en instalaciones industriales,
vienen utilizando en los ltimos aos la plataforma tecnolgica denominada INtools,
software desarrollado por la empresa Intergraph. Algunos clientes exigen el uso de esta
plataforma para manejar toda la informacin del proyecto, especialmente cuando se trata
de proyectos a nivel internacional. Por lo tanto, es necesario que los ingenieros del
departamento tengan un buen manejo de sta y otras herramientas de software
esenciales para el buen desempeo y la buena calidad de los productos emitidos por la
empresa.
1.3. Estructura del libro
Captulo 2: se exponen los objetivos del trabajo de pasanta.
Captulo 3: se desarrollan los fundamentos tericos de algunos de los temas
relacionados con el desarrollo de la pasanta, directa o indirectamente. El captulo se
divide en diferentes puntos, para permitir la clasificacin de los diversos temas tratados.
Captulo 4: en este captulo se explica el desarrollo del trabajo realizado con
SmartPlant Instrumentation, relacionado con la elaboracin de documentos de ingeniera
para el proyecto piloto CHOPS. El captulo se divide en diferentes puntos, exponiendo las
distintas actividades realizadas. Adicionalmente, se expone el tema de la importacin de
datos externos a la plataforma.
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta Captulo 1 Introduccin 6
Captulo 5: en este captulo se explica el desarrollo de unas Especificaciones
Generales para algunos Sistemas de Control
Captulo 6: Este captulo contiene las conclusiones y recomendaciones finales para
del trabajo de pasanta.
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222...
OOOBBBJJJEEETTTIIIVVVOOOSSS
El objetivo general de la pasanta consiste en elaborar una serie de documentos de
ingeniera, aplicados en el proyecto CHOPS (Produccin Fra de Petrleo con Arena). Para
ello se debi cumplir con los siguientes objetivos especficos:
Familiarizacin con la lectura e interpretacin de los Diagramas de Tuberas e
Instrumentacin (DTI) y con la Documentacin y Normas principales en el
Diseo de los Sistemas de Instrumentacin Industrial.
Familiarizacin con la filosofa de operacin de la planta.
Estudiar a fondo el funcionamiento de la plataforma SmartPlant Instrumentation
para lograr la elaboracin de planos y documentos de ingeniera.
Una vez alcanzado un nivel avanzado en el manejo de la plataforma SPI y su
integracin con otras herramientas de software, se procedi a la emisin de los siguientes
documentos:
ndice de instrumentos.
Hojas de datos de instrumentos en lnea, como medidores de flujo, RTDs,
vlvulas de control, etc.
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta Captulo 2 Objetivos 8
Hojas de datos de instrumentos fuera de lnea, como transmisores de
presin y temperatura.
Lista de cables de instrumentacin.
Diagramas de conexionado entre cajas de conexin, paneles locales de
control, paneles de Marshalling.
Diagramas de Lazos de Control de Procesos.
Detalles de instalacin de instrumentos: conexin a proceso, conexin
elctrica, conexin neumtica y de soportes.
Lista de Materiales.
Como objetivos adicionales de la pasanta, se realizaron un par de tareas que no
estaban involucradas al proyecto CHOPS:
Estudiar los mtodos de importacin de datos externos a la base de datos de
SmartPlant Instrumentation.
Elaboracin de Especificaciones de Sistemas de Control.
La importacin de datos es un tema de mucha importancia, ya que consiste en ingresar
informacin a la base de datos de SPI de una forma casi automtica. En muchos casos se
puede tener informacin en archivos externos, principalmente hechos en Microsoft Excel, la
cual se necesita integrar con el resto de la informacin de la base de datos, y hacerlo
manualmente implica una inversin de tiempo y recursos que podra evitarse. Sin embargo,
se requiere de un conocimiento profundo de la base de datos para poder lograr importar
informacin de una manera segura y satisfactoria.
Por otra parte, la elaboracin de Especificaciones de Sistemas de Control se hizo con
el objetivo de actualizar las especificaciones generales que la empresa utiliza como
referencia, adaptndolas a las necesidades de cada proyecto. Se elaboraron
especificaciones generales para:
Controlador Lgico Programable (PLC Programmable Logic Controller).
Sistema de Control Distribuido (DCS Distributed Control System).
Sistema de Parada de Emergencia (ESD Emergency Shutdown System).
Sistema de Gestin de Quemadores (BMS Burner Management System).
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333...
FFFUUUNNNDDDAAAMMMEEENNNTTTOOOSSS TTTEEERRRIIICCCOOOSSS
3.1. Proyectos de Ingeniera ............................................................................ 10
3.2. Estimados de costo .................................................................................. 13
3.3. Elaboracin de documentos ..................................................................... 13
3.4. Instrumentacin ........................................................................................ 23
3.5. Clasificacin de reas .............................................................................. 26
3.6. Sistemas de Control ................................................................................. 38
3.7. Normas y Estndares ............................................................................... 45
3.8. SmartPlant Instrumentation ...................................................................... 53
3.9. Open DataBase Connectivity (ODBC) ...................................................... 62
3.10. Otras herramientas de Software ............................................................... 63
En este captulo se exponen los fundamentos tericos de los temas ms relacionados
con el trabajo realizado durante la pasanta. En las secciones 3.1 a 3.3 se exponen las fases
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta Captulo 3 Fundamentos tericos 10
de desarrollo de un proyecto de ingeniera, indicando los documentos que se suelen generar
en cada una de las fases, as como tambin explicando en qu consiste cada uno de ellos.
Luego, en la seccin 3.4, se explican conceptos bsicos de instrumentacin, indicando la
clasificacin de los instrumentos y las caractersticas ms comunes de los mismos. En la
seccin 3.5 se explica un tema de suma importancia para los instrumentistas, aunque est
ms relacionado con la Disciplina de Electricidad: la Clasificacin de reas. Es importante
que el instrumentista conozca las caractersticas del rea donde se instalaran los
instrumentos, con el fin de poder especificarlos correctamente, y que no se produzcan fallas
durante la puesta en marcha de la planta. En la seccin 3.6 se habla brevemente de las
arquitecturas ms comunes de los Sistemas de Control. En la seccin 3.7 se explican
brevemente algunas de las Normas y Estndares ms importantes en el rea de
instrumentacin, tratando principalmente con la norma ISA S5.1, la ms fundamental para
los instrumentistas. Finalmente, entre las secciones 3.8 y 3.10 se exponen las herramientas
de software que sirvieron de base para el desarrollo del trabajo. Se hace nfasis en
SmartPlant Instrumentation, explicando brevemente cada uno de sus mdulos, ya que fue la
principal herramienta de trabajo.
3.1. Proyectos de Ingeniera
Un proyecto de ingeniera se lleva a cabo en las siguientes fases:
Ingeniera conceptual
Ingeniera bsica
Ingeniera de detalle
Procura
Construccin
A continuacin se explican las primeras tres fases:
3.1.1. Ingeniera Conceptual:
En esta fase se establecen las metas y necesidades, con las cuales se obtiene
un concepto final de lo que se quiere, con las debidas justificaciones (cambio de
instrumentos y equipos existentes por obsolescencia o inexistencia de repuestos,
mejora de los sistemas de control para optimizar el funcionamiento de la planta,
mejora de la seguridad de la instalacin, etc.).
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta Captulo 3 Fundamentos tericos 11
Se deben preparar documentos que definan los tipos de instrumentos, el
sistema de control, los servicios requeridos, la infraestructura requerida y la
arquitectura del sistema.
Al finalizar esta fase, se deben definir los criterios necesarios para el desarrollo
de la siguiente fase: la Ingeniera Bsica.
3.1.2. Ingeniera Bsica
Durante esta fase se establecen las caractersticas de los equipos que
conforman la instalacin y se sientan las bases para la Ingeniera de Detalle.
Los documentos ms comunes que se elaboran en la fase de Ingeniera Bsica
son los siguientes:
Diagrama de flujo
Tabla de Balance de Servicios
Diagrama de Tuberas e Instrumentacin (P&IDs)
Hojas de Datos de Equipos
Hojas de Datos de Instrumentos
Listado de Lneas
ndice de instrumentos
Plano de Implantacin de Equipos o Plot Plan
Diagrama Unifilar
Planos de Clasificacin de reas
3.1.3. Ingeniera de Detalle
Es la fase de un Proyecto donde se genera el paquete de informacin que
establece las especificaciones para ejecutar la construccin del proyecto, as como la
adquisicin de Equipos, instrumentos y materiales.
A continuacin se da una lista de los documentos que se suelen generar en la
fase de Ingeniera de Detalle:
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta Captulo 3 Fundamentos tericos 12
Disciplina Mecnica:
o Plot Plan o Implantacin de Equipos
o Planos de Equipos
o Planos de Tuberas (Planta)
o Planos de Tuberas (Isomtricos)
o Lista de Lneas
Disciplina Electricidad
o Diagrama Unifilar
o Canalizaciones Elctricas
o Esquema funcional
o Lista de Cables
Identificacin de los Cables
Puntos de Salida y Entrada
Ruta
Longitud
Tensin de Operacin
Tipo de Cable
Disciplina Civil
o Topografa Modificada
o Vialidad
o Implantacin de Fundaciones
o Fundaciones (detalles)
o Instalaciones Sanitarias
o Edificaciones
o Soportes
Disciplina Instrumentacin
o P&ID
o ndice de Instrumentos
N de Detalles de Instalacin
N de Plano de Ubicacin
N de Diagrama de Lazo
N de Orden de Compra
Fabricante / Modelo
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta Captulo 3 Fundamentos tericos 13
o Detalles de Instalacin
o Ruta de Seales
o Cajas de Conexiones
o Diagrama de Lazo
o Diagramas de Lgica
o Diagrama de Bloque o Funcionales
o Planos de Paneles
3.2. Estimados de costo
Durante el desarrollo de un proyecto de ingeniera se hacen estimados de
costo, los cuales son pronsticos de los costos de los diferentes elementos que
integran el proyecto, y que respaldan la toma de decisiones en cada una de las
etapas de dicho proyecto.
Objetivos:
o Evaluacin de la factibilidad
o Anlisis de su rentabilidad econmica
o Aprobacin presupuestaria
o Bases de comparacin de Ofertas en Licitaciones
o Control de Costos
Clases:
I. Contratacin o Control de Ejecucin
II. Propuestas firmes a presupuesto de inversiones
III. Propuestas tentativas a presupuesto de inversiones
IV. Para desarrollo de ingeniera bsica
V. Estimado de Orden de Magnitud
3.3. Elaboracin de documentos
A continuacin se explican los documentos que suelen ser elaborados en un
proyecto de ingeniera, dependiendo de la fase del proyecto: [4]
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta Captulo 3 Fundamentos tericos 14
3.3.1. Diagramas de Tuberas e Instrumentos (P&IDs)
Los Diagramas de Tuberas e Instrumentos (DTI) son ms conocidos por sus
siglas en ingls P&ID, que se traduce como Piping and Instruments Diagram. Como
su nombre lo indica, este documento es elaborado en conjunto por las disciplinas de
procesos e instrumentacin.
Los diagramas consisten en una representacin grfica del diseo detallado de
una seccin de la instalacin, en la cual se refleja la informacin ms relevante
referente al proceso: equipos, tuberas de interconexin y la instrumentacin
necesaria para una adecuada operacin. Estos diagramas son una herramienta
bsica en todas las fases del proyecto, ya que reflejan la filosofa de operacin y
sirven como base para el diseo y preparacin de otros documentos, tales como
especificaciones de equipos, ndice de instrumentos, etc. [5]
La informacin contenida en estos diagramas es principalmente la siguiente:
Representacin esquemtica de todos los lazos de control, incluyendo la
numeracin de cada uno de sus componentes (Tag)
Representacin esquemtica de los enclavamientos y seales que
interrelacionan a los diferentes lazos de control.
Representacin de dispositivos e instrumentos de seguridad.
Indicacin de las caractersticas generales y particulares de los
instrumentos.
En la fase de Ingeniera de Detalle de un proyecto se deben intentar minimizar
los cambios en los P&IDs, adaptndose de la mejor manera posible a la informacin
generada en fase de Ingeniera Bsica. Sin embargo, esto no siempre es posible
debido a que en muchos casos no se dispone de toda la informacin detallada
necesaria al culminar la Ingeniera Bsica.
3.3.2. ndice de instrumentos
En este documento deben aparecer indicados todos los instrumentos que
intervienen en el sistema, con la informacin necesaria para la correcta interpretacin
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta Captulo 3 Fundamentos tericos 15
de su funcin y las caractersticas generales que definen su ubicacin, instalacin y
origen de compra.
El ndice de instrumentos recopila la informacin ms importante asociada a
cada instrumento, por lo que para su elaboracin es necesario utilizar informacin de
gran cantidad de otros documentos elaborados, De tal modo que su emisin final
suele ser posterior a la emisin del resto de los documentos. Entre estos documentos
necesarios para la elaboracin del ndice de instrumentos estn: Diagrama de
Tubera e Instrumentacin (DTI), Hojas de Datos, Diagramas o Listas de Conexin,
Diagramas de Lazo, Plano de Ubicacin de Instrumentos, Plano de Canalizaciones
Elctricas, Plano de Canalizaciones Neumticas, Detalles de Instalacin,
Requisiciones, Especificaciones de Instrumentos, Codificacin de Instrumentos.
Los campos que aparecen en el ndice pueden variar, dependiendo de las
exigencias del cliente. Los principales campos que conforman un ndice de
instrumentos son: [6]
1. Campos extrados del P&ID:
Tag o etiqueta del instrumento: agrupados por lazos de control o por el
orden definido en el proyecto.
Servicio: breve descripcin de la parte del proceso a la cual se
encuentra asociado el instrumento.
Equipo / Lnea: Tag del equipo o lnea a la cual se encuentra conectado
el elemento de campo
P&ID No: nmero del DTI en el cual se encuentra representado el
instrumento.
Tipo de instrumento
Ubicacin: ubicacin fsica del instrumento:
C Campo
PLC Controlador de Lgica Programable
PL Panel Local
DCS Sistema de Control Distribuido
SCADA Control Supervisorio y Adquisicin de Datos
CCM Centro de Control de Motores
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta Captulo 3 Fundamentos tericos 16
2. Cdigos de documentos que son la data de otros campos
Hoja de datos
RPM (Requisicin de material)
Diagrama de conexiones
Diagrama de lazos
Plano de ubicacin de instrumentos (opcional)
Plano de canalizaciones elctricas
Plano de canalizaciones neumticas (opcional)
Plano de deteccin de incendio (opcional)
Isomtricos de tuberas (opcional)
Detalle de instalacin elctrico
Detalle de instalacin a proceso
Detalle de instalacin neumtico
Detalle de soporte (opcional)
3. Campos que dependen de otros documentos
Fabricante (opcional): a travs de la Hoja de Datos o por la orden de
compra
Modelo (opcional)
Tipo de alimentacin (opcional): Disciplina de Electricidad
Observaciones o notas
3.3.3. Hojas de datos de instrumentos
Estos documentos consisten en formularios, en los cuales se llena la
informacin tcnica de un instrumento, de acuerdo a las necesidades del proceso.
Estos formularios normalmente no deben ser diseados, ya que en su mayora se
encuentran estandarizados en el estndar ISA S20; por lo que normalmente slo se
requiere ingresar la informacin necesaria en los campos correspondientes. Sin
embargo, estos formularios pueden ser modificados para adaptarlos a las
necesidades del proyecto y a las exigencias del cliente. Estas modificaciones deben
ser, preferiblemente, en agregar campos adicionales, y no en eliminar campos que se
encuentran en el estndar ISA.
Existe un formulario distinto para cada tipo de instrumento, y en ellos podemos
encontrar: informacin referida al proceso sobre el cual el instrumento acta o hace
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta Captulo 3 Fundamentos tericos 17
su medicin (tipo y ancho de la conexin, valores mnimo, normal y mximo de
temperatura, presin, flujo, densidad, etc., dependiendo del tipo de instrumento),
informacin referida al instrumento como tal (rango de medida, precisin, puntos de
ajuste, alimentacin, seales que debe manejar, material de construccin de sus
piezas, etc.), informacin referida a los elementos adicionales que requiere el
instrumento (sello diafragma, sifn, etc.) e informacin sobre fabricante y modelo que
cumple con la especificacin.
Estos documentos proveen informacin til para los procedimientos de procura
de instrumentos, ya que con un instrumento debidamente especificado, el proveedor
reconoce fcilmente las necesidades del cliente y puede realizar su oferta.
Adicionalmente, sirven posteriormente como un registro de los instrumentos
instalados, siendo de utilidad para las labores de mantenimiento de la planta.
3.3.4. Diagramas de lazos de control
En estos diagramas se muestra toda la informacin necesaria para que se
pueda interpretar cada uno de los lazos de control que intervienen en el sistema;
tanto desde el punto de vista de instalacin como de funcionamiento, sin la necesidad
de consultar otro documento. En los diagramas se representa la informacin
correspondiente al recorrido de la seal y el conexionado requerido por todos los
instrumentos que forman un lazo.
Criterios generales:
a) Cada uno de los lazos de control representado en un P&ID tiene un diagrama
de lazos propio. En el caso de que la complejidad de un lazo de control no
permita una clara representacin en un solo diagrama, se podr dividir el
mismo por funciones; sin embargo, el nmero de identificacin de cada una de
las hojas utilizadas ser el mismo, diferencindolas con un sufijo por las letras
A, B, C, etc.
b) En el diagrama de lazo se representan todos los instrumentos que intervengan
en el lazo de control con sus caractersticas ms significativas y sus regletas
de conexiones tal como aparecen en el catalogo del fabricante.
c) El diagrama del lazo de control se divide en zonas, comnmente
correspondientes a Campo, Sala de Control y Sistema Remoto de
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta Captulo 3 Fundamentos tericos 18
Supervisin, etc. Cada uno de los instrumentos aparece representado en la
zona de ubicacin que le corresponda.
d) En el diagrama de lazo de control debe aparecer toda la informacin que
permita la interpretacin de su instalacin desde el punto de vista de su
conexin elctrica y neumtica. Para ello debern indicarse todos los equipos
y accesorios que interviene en el mismo, tales como fusibles, breakers,
fuentes de alimentacin, terminales, cables, colectores, puesta a tierra, etc.
e) Cada instrumento representado en el diagrama de lazo de control tendr
indicadas las caractersticas relevantes para la interpretacin funcional del
mismo, tales como: puntos de ajustes, rangos, alimentaciones, etc.
i. Transmisores electrnicos: tag, marca, rango, ajuste
ii. Switches: tag, marca, rango, set y accin
iii. Controladores: tag, ,marca, accin, rango, ajuste entrada
iv. Vlvulas de control: tag, marca, dimetro, fallo aire, alimentacin
f) En el diagrama se encuentra una representacin de todos los elementos de
conexin entre instrumentos de campo y sala de control que pertenecen al
lazo, debidamente identificados.
g) Tambin se encuentra una representacin de todas las cajas de conexin,
que contengan conexiones correspondientes al lazo representado, con la
identificacin de la caja y de las regletas.
h) Se incluye tambin la representacin de todas las regletas de entrada y salida
que intervienen en el lazo,
i) Representacin de todos los seccionadores, switches y breakers de
alimentacin que intervengan en el lazo con sus regletas de conexiones
correspondientes.
j) Rels, alarmas y circuitos de enclavamiento del lazo en el panel de control. En
caso de circuitos complejos se har referencia al diagrama correspondiente.
k) Se debe incluir la identificacin de los multicables, indicando el tipo (cantidad
de conductores y calibre), manteniendo el cdigo de colores e indicando la
polaridad (si aplica).
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta Captulo 3 Fundamentos tericos 19
l) Generalmente se incluye un pequeo diagrama P&I que represente el lazo de
control correspondiente, incluyendo en ste todos los instrumentos del lazo y
aquellos que aunque pertenezcan a otro lazo de control tienen alguna relacin
con su funcionamiento. [7]
3.3.5. Lista de cables
Este documento se elabora con la finalidad de dar informacin detallada al
contratista o constructor de cada uno de los cables que se tendern en el rea donde
se ejecutar la obra.
Para la elaboracin del documento se debe tener a mano la informacin de
otros documentos, tales como:
Especificaciones Generales de Cables de Instrumentacin
Plano de Canalizaciones Elctricas
Diagramas de Conexionado(en Sala de Control, en Paneles Locales, en
Cajas de Conexin)
En cuanto a la informacin contenida en la lista de cables, sta debe ser como
mnimo:
Identificacin de cada uno de los cables
Longitud
Tipo (cantidad de pares o conductores y calibre)
Identificacin del carrete o bobina que contiene los cables
Origen/Destino (identificacin del equipo, instrumento, caja de conexiones
o panel donde comienza o llega el tendido del cable)
Tipo de seal que manejar. (Analgica 4-20mA, Discreta 24VDC, Discreta
110VAC, etc.).
Notas (por ejemplo, si el cable o multicable es armado, apantallado, etc.)
Es importante destacar que normalmente se define un porcentaje de reserva en
las regletas de las cajas de conexin y en los paneles, los cuales tambin deben ser
cableados. Estos cables de reserva no se encuentran en la lista de cables; sin
embargo, el porcentaje debe ser tomado en cuenta a la hora de realizar la
requisicin. [8]
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta Captulo 3 Fundamentos tericos 20
3.3.6. Plano de ubicacin y canalizacin neumtica de instrumentos
En este documento se indica la localizacin de los instrumentos neumticos de
una determinada rea de la planta y/o equipo de proceso, mostrando su identificacin
(tag) junto con su elevacin (en metros sobre el nivel del mar o en metros relativos a
la superficie de la planta), adems de la ruta y elevacin de las seales neumticas, y
subcabezales de suministro de aire a instrumentos.
Estos planos toman como base los planos de implantacin de equipos (Plot
plan) y utilizan como referencia el ndice de instrumentos, del cual se obtiene un
listado de los instrumentos neumticos ubicados en campo; y los planos de ruta de
tuberas de proceso y los isomtricos, elaborados por la disciplina de tuberas, donde
se indican las tomas de los instrumentos; as como los P&ID, para ubicar en el plano
todos los instrumentos neumticos correspondientes al rea del plano de
implantacin de equipos respectivo. [9]
Una vez trazada la ruta de las seales neumticas se debe actualizar la lista de
materiales.
3.3.7. Plano de ubicacin y canalizacin elctrica de instrumentos
En este documento se indica la localizacin de los instrumentos elctricos de
una determinada rea de planta y/o equipo de proceso, mostrando su identificacin
(tag) y su elevacin respectiva, adems de la ruta y elevacin de las seales
elctricas y alimentacin elctrica a instrumentos, a travs de conduits y/o bandejas a
la vista y/o enterradas, desde el instrumento hasta la caja de conexin o panel local, y
desde la caja o panel local hasta los gabinetes del sistema de control en sala de
control, as como tambin los materiales necesarios para llevar a cabo su instalacin.
Estos planos, al igual que los planos de ubicacin y canalizacin neumtica,
toman como base los planos de implantacin de equipos (Plot plan), tomando un
listado de instrumentos elctricos del ndice de instrumentos y usando como
referencia los planos de ruta de tuberas de proceso y los isomtricos, generados por
la disciplina de Tuberas, donde se indican las tomas de los instrumentos; junto con
los P&ID, para ubicar en el plano todos los instrumentos elctricos correspondientes
al rea del plano de implantacin de equipos respectivo. [9]
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta Captulo 3 Fundamentos tericos 21
Una vez trazada la ruta de las seales elctricas se debe actualizar la lista de
materiales.
3.3.8. Detalles de instalacin
Los detalles de instalacin estn clasificados en cuatro tipos, los cuales indican
la forma de montaje y los materiales necesarios para la instalacin de instrumentos.
Un detalle de instalacin normalmente es aplicable a ms de un instrumento, por lo
que se suele aadir una lista de tags, indicando todos los instrumentos a los cuales
aplica el detalle.
3.3.8.1. Detalles de Instalacin a Proceso
Indican la forma en que se debe realizar la conexin del instrumento a la
toma del proceso. Los detalles de instalacin a proceso agrupan los instrumentos
segn la variable que miden, y luego dependiendo de su funcin.
Los siguientes detalles de instalacin se pueden encontrar por separado:
Temperatura: Termmetros bimetlicos (TI), termopares y RTD (TE). Estos
detalles deben estar separados, dependiendo del termopozo. Por ejemplo: con
termopozo roscado, con termopozo bridado, con termopozo soldable, etc.
Flujo: transmisores (FT), indicadores (FI), registradores (FR), controladores
(FC) e interruptores (FS). Los instrumentos para indicacin o medicin de flujo
que son directamente elementos de lnea (placa orificio, rotmetro, tubo Venturi,
entre otros) no requieren de un detalle de instalacin. Estos detalles deben estar
separados de acuerdo al tipo de servicio (lquido, gas, vapor o corrosivo).
Nivel: Interruptores (LS) (tipo flotador lateral, tipo flotador tope, tipo
desplazador interno, tipo desplazador externo), indicadores (LI) (para montaje al
techo de tanques y para montaje al pie de tanques), visores (LG) (transparentes,
reflectores), transmisores (LT), controladores (LC), etc.
Presin: manmetros (PI), indicadores de presin diferencial (PDI),
transmisores (PT), transmisores de presin diferencial (PDT), controladores
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta Captulo 3 Fundamentos tericos 22
(PC), registradores (PR), interruptores (PS). Se generan por separado
dependiendo del tipo de servicio (lquido, gas, vapor o corrosivo).
Analizadores: analizador de oxgeno, de azufre, cromatgrafo de gases,
etc.
Otras variables: medidor de peso, medidor de velocidad, etc.
3.3.8.2. Detalles de Instalacin Elctrico
Indican la forma en que se debe realizar la conexin del instrumento a la
canalizacin elctrica. Los detalles de instalacin elctrico se agrupan por tipo de
instrumento (transmisores, convertidores, interruptores, vlvulas solenoides,
elementos de temperatura, etc.), y luego por clasificacin de rea (no clasificada,
clase 1 divisin 2, clase 1 divisin 2).
3.3.8.3. Detalle de Instalacin Neumtico
Indican la forma en que se debe realizar la conexin del instrumento a la
canalizacin neumtica y el suministro de aire. Los detalles de instalacin
neumtico se agrupan por servicio corrosivo y servicio no corrosivo, y luego por
tipo: vlvulas con solenoide, vlvulas con posicionador, vlvulas con convertidor,
transmisores neumticos, controladores neumticos, etc.
3.3.8.4. Detalle de Instalacin de Soporte
Indican cmo se deben fabricar y ensamblar los diferentes tipos de
soportes para instrumentos, cajas, conduits y bandejas. En un detalle de
instalacin de soporte se pueden mostrar diferentes alternativas, como: soporte
sencillo, soporte doble, soporte para tuberas horizontales, y soporte para
tuberas verticales. [10]
3.3.9. Lista de conexiones
Este documento contiene informacin detallada sobre cmo se interconectan
los distintos elementos de un sistema de control, mostrando la distribucin de los
conductores que forman los cables y multicables en los bornes de los instrumentos,
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cajas de conexionado, paneles, regletas de gabinetes y/o terminales de un PLC,
DCS, etc.
La lista de conexiones debe contener la siguiente informacin: [11]
Instrumentos y dispositivos de conexin
o Tag o identificacin del instrumento
o Identificacin de las regletas de conexin
o Identificacin de los bornes o terminales
Cables y/o multicables:
o Tag o identificacin
o Especificacin, calibre de los conductores, cantidad de conductores
o Identificacin de cada uno de los pares y cada uno de los
conductores que los conforman
Cajas de conexionado o paneles
o Tag de la caja de conexionado o panel
o Identificacin de cada una de las regletas contenidas en la caja o
panel
o Informacin de los bornes (o terminales), ocupados y/o de reserva.
Sistema de Control Final
o Tag del gabinete
o Identificacin de los mdulos de I/O
o Identificacin del borne
La lista de conexiones suele ir acompaada de un diagrama de conexiones, en
los cuales se muestra grficamente los cables conectados a cada uno de los bornes
de cada una de las regletas de conexin o tarjetas de I/O.
3.4. Instrumentacin
3.4.1. Caractersticas de los instrumentos:
Rango: conjunto de valores dentro de los lmites superior e inferior de medida, en los
cuales el instrumento es capaz de trabajar en forma confiable
Alcance: diferencia entre el valor superior e inferior del campo de medida.
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Error: diferencia que existe entre el valor que el instrumento indique que tenga la
variable de proceso y el valor que realmente tiene la variable en ese momento. Se
expresa normalmente en % del rango o del alcance.
Precisin: tolerancia mnima de medida que permitir indicar, registrar o controlar el
instrumento. En otras palabras, es la mnima divisin de escala de un instrumento
indicador. Generalmente se expresa en % del alcance.
Zona muerta: es el mximo campo de variacin de la variable en el proceso real,
para el cual el instrumento no registra ninguna variacin en su indicacin, registro o
control. Representa la inercia ante los cambios de proceso del instrumento.
Sensibilidad: relacin entre la variacin de la lectura del instrumento y el cambio en
el proceso que causa este efecto. Representa las prdidas o ineficiencias del
instrumento.
Repetibilidad: capacidad de un instrumento de repetir el valor de una medicin, en
las mismas condiciones de servicio y en el mismo sentido de variacin. Da una idea
de la confiabilidad del equipo en forma esttica. Generalmente se expresa en
trminos de % del alcance.
Histresis: Es la diferencia mxima que se observa en los valores de una misma
medicin, para un punto cualquiera dentro del rango del instrumento, cuando la
variable recorre toda la escala en los dos sentidos. Representa la conducta dinmica
del equipo. Generalmente se expresa en trminos de % del alcance.
Campo de medida con supresin de cero: es aqul rango de un instrumento cuyo
valor mnimo se encuentra por encima del cero real de la variable
Campo de medida con elevacin de cero: es aquel rango de un instrumento cuyo
valor mnimo se encuentra por debajo del cero de la variable.
3.4.2. Clasificacin de instrumentos
1. Por su funcin
1.1. Instrumentos indicadores: aquellos que, como su nombre bien dice,
indican directamente el valor de la variable de un proceso.
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1.2. Instrumentos ciegos: aquellos que cumplen una funcin reguladora en el
proceso, pero no muestran nada directamente. Los presostatos y
termostatos son ejemplos de instrumentos ciegos.
1.3. Instrumentos registradores: aquellos que se utilizan cuando es necesario
tener un registro histrico de la variable que se estudia en un determinado
proceso.
1.4. Elementos primarios: aquellos que entran en contacto directo con la
variable de proceso que se desea medir, con el fin de recibir algn efecto
de ste, y por este medio evaluar la variable en cuestin.
1.5. Transmisores: reciben la variable de proceso a travs del elemento
primario y la transmiten a algn lugar remoto. La seal transmitida por lo
general es una seal electrnica de 4 a 20 mA de c.c. El elemento
primario puede formar parte del transmisor.
1.6. Convertidores: En ciertos casos, la seal de un transmisor puede no ser
compatible con lo esperado por el receptor de esa seal; en ese caso se
utilizar un elemento Convertidor para lograr la antes mencionada
compatibilidad de seal. Por ejemplo, un convertidor I/P convierte una
seal elctrica en una seal neumtica.
1.7. Transductores: su seal de entrada es funcin de una o ms cantidades
fsicas, y se encargan de convertirla en una seal de salida. Su seal de
entrada no es una seal de instrumentos.
1.8. Receptores: Son los instrumentos que generalmente son instalados en el
panel de control, como interfaz entre el proceso y el hombre. Estos reciben
la seal de los transmisores o de un convertidor.
1.9. Controladores: son los encargados de ejercer la funcin de comparar lo
que est sucediendo en el proceso, con lo que realmente se desea que
suceda en l, para posteriormente, en base a la desviacin, producir los
cambios requeridos mediante el elemento final de control que logren la
correccin de dicha desviacin.
1.10. Elemento final de control: ser el elemento que reciba la seal del
controlador y el cual, estando en contacto directo con el proceso (en
lnea), ejerza un cambio en ste, de tal forma que cambien los parmetros
hacia el valor deseado. [1]
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2. De acuerdo a la variable de proceso que miden
2.1. Variables directas: presin, velocidad, nivel
2.2. Variables indirectas: temperatura, pH, eficiencia de un equipo, nivel por
presin diferencial.
3. De acuerdo a la energa de operacin
3.1. Neumticos
3.2. Electrnicos
3.3. Mecnicos
Los instrumentos en un lazo de control normalmente se clasifican por el tipo de
seal medida, independientemente del nmero y tipo de instrumentos existentes entre el
elemento primario y el elemento final de control. Por ejemplo, se puede tener un medidor
electrnico de nivel, con salida 4-20mA, un controlador con salida 4-20 mA, un
convertidor I/P con salida 3-15 psi y una vlvula neumtica de control; y todos estos
instrumentos se consideran de nivel, y son identificados como tal.
3.5. Clasificacin de reas
Un rea clasificada o peligrosa es aquella que contiene, o eventualmente puede
contener, suficientes cantidades de gases inflamables, fibras o polvos combustibles
capaces de explotar o hacer ignicin. [12]
Generalmente se habla de un tringulo de explosin (Figura 3-1) para referirse a
los tres agentes que deben estar presentes para que se produzca una explosin: Energa
(fuente de ignicin), material explosivo o combustible y un agente oxidante. Para evitar
una ignicin se siguen mtodos de proteccin, ya sea por contencin, segregacin o por
prevencin. Todos los mtodos de proteccin estn dirigidos a eliminar uno o ms
componentes del tringulo de explosin. En base a este tringulo surgen algunos
conceptos que se deben tener claros:
Energa Mnima de Ignicin (EMI): es la mnima energa necesaria para que
ocurra la ignicin de una mezcla gas-aire en la ms favorable concentracin
para una determinada sustancia o mezcla de producto inflamable. Cualquier
valor de energa por debajo de ste, es incapaz de producir una ignicin.
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta Captulo 3 Fundamentos tericos 27
Lmite Explosivo Inferior (LEI): es el lmite de concentracin de combustible
por debajo del cual la mezcla no puede producir ignicin debido a la prdida
del elemento combustible.
Lmite Explosivo Superior (LES): lmite de concentracin por encima del cual
la mezcla no puede producir ignicin debido a la prdida del elemento
oxidante.
Temperatura de Ignicin: es la temperatura a la cual la mezcla
peligrosamente puede ocasionar la ignicin sin necesidad de energa
elctrica.
Punto de inflamacin por temperatura (Flash Point): es la temperatura ms
baja a la cual el lquido crea suficiente vapor como para producir la ignicin
en presencia de una fuente de energa. Por lo tanto, si el punto de
inflamacin de una determinada mezcla est muy por encima de la mxima
temperatura que se puede alcanzar en el ambiente, no se formara una
atmsfera explosiva.
La tarea de clasificar las reas de una planta corresponde a la disciplina de
Electricidad, quienes establecen dnde existen atmsferas peligrosas, en qu condicin y
por cunto tiempo, en base a los datos suministrados por la disciplina de Procesos. Sin
embargo, un ingeniero de instrumentacin debe estar en conocimiento de la clasificacin,
Figura 3-1: Tringulo de Explosin
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta Captulo 3 Fundamentos tericos 28
para poder seleccionar e instalar correctamente los instrumentos y sistemas electrnicos
de medicin y control.
Existen dos normas de clasificacin de reas: la norma norteamericana y la norma
europea. Ambas normas son consideradas en el estndar ISA S12.1. [13]
3.5.1. Norma norteamericana
En Estados Unidos, los principios de clasificacin de reas se encuentran entre
los artculos 500 y 505 del estndar ANSI/NFPA 70, tambin conocido como National
Electric Code (Cdigo Elctrico Nacional). De acuerdo a esta norma, las reas
peligrosas pueden ser de 3 clases:
Clase I: si el material inflamable es un gas o vapor inflamable
Clase II: si el material es un polvo
Clase III: si se hallan presentes fibras inflamables o combustibles.
Adicionalmente, cada clase tiene 2 divisiones.
Clase 1, Divisin 1: corresponde a reas con concentraciones peligrosas
del agente combustible durante operaciones normales, tanto sea en forma
continua o intermitente; donde concentraciones peligrosas puedan existir
frecuentemente por operaciones de mantenimiento o fugas; o cuando una
rotura o el mal funcionamiento de algn equipo o proceso pueda liberar
concentraciones peligrosas de gases o vapores, y pueda ocurrir
simultneamente una avera en el equipo elctrico que cause una fuente de
ignicin.
Clase I, Divisin 2: corresponde a reas donde los agentes combustibles
estn normalmente confinados en recipientes cerrados, desde los cuales
slo podran escaparse en caso de una ruptura accidental de dichos
recipientes, o en condiciones anormales de operacin. Tambin corresponde
a reas donde las concentraciones inflamables se evitan normalmente por la
operacin de un ventilador, pero que pudieran convertirse en peligrosos por
falla de dichos ventiladores; y aquellas reas adyacentes a zonas Clase I,
Divisin 1, a las que puedan llegar ocasionalmente concentraciones
peligrosas.
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta Captulo 3 Fundamentos tericos 29
Clase II, Divisin 1: reas donde el polvo combustible se encuentra
suspendido en el aire en cantidades suficientes para producir una mezcla
explosiva, ya sea de manera continua, intermitente o peridica, en
condiciones normales de operacin; donde el mal funcionamiento de algn
equipo o proceso pueda liberar concentraciones peligrosas de polvo, y
simultneamente pueda ocurrir una falla en el equipo elctrico que acte
como fuente de ignicin.
Clase II, Division 2: reas donde concentraciones peligrosas de polvo
suspendido es improbable, pero donde la acumulacin de polvo pueda
interferir con la disipacin de calor de equipos elctricos; o donde la
acumulacin de polvo cerca de equipos elctricos pueda encenderse por
arcos o chispas provenientes de dichos equipos.
Clase III, Divisin 1: reas donde se manipulen, fabriquen o usen fibras que
puedan hacer ignicin fcilmente.
Clase III, Divisin: aquellas reas donde se almacenen fibras que puedan
hacer ignicin fcilmente.
Finalmente, las normas norteamericanas tambin reconocen 7 grupos, de
acuerdo a la capacidad de ignicin de los materiales. Los grupos A,B,C y D aplican
para las reas Clase I; mientras que los grupos E, F y G se utilizan para reas Clase
II. Las reas clase III no estn separadas en grupos. En la Tabla 3-1 se pueden
observar los materiales ms conocidos pertenecientes a cada grupo.
3.5.2. Norma europea
Esta norma pertenece a la International Electrotechnical Commission (IEC), y
divide las reas en 3 zonas: Zona 0, Zona 1 y Zona 2.
Zona 0 corresponde a reas donde existe una mezcla explosiva, ya sea
de manera continua o por largos perodos de tiempo (ms del 10% del
tiempo).
Zona 1 corresponde a reas donde es posible que ocurra una
concentracin peligrosa durante operaciones normales.
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta Captulo 3 Fundamentos tericos 30
Zona 2 corresponde a reas donde no es probable que ocurra una
concentracin peligrosa de la mezcla gas-aire, o slo puede existir por
perodos de tiempo muy cortos.
La norma de la IEC tambin define 4 grupos:
Grupo I: aplica a instalaciones bajo tierra, donde existe la presencia de
metano.
Grupo IIA: aplica para instalaciones donde pueden existir gases o
vapores con propiedades inflamables similares a las del propano.
Grupo IIB: aplica para instalaciones donde pueden existir gases o
vapores con propiedades inflamables similares a las del etileno.
Group IIC: corresponde a instalaciones donde pueden existir gases o
vapores con propiedades inflamables similares al hidrgeno y al
acetileno.
En la figura se muestra la equivalencia que suele hacerse entre la clasificacin
por divisiones y la clasificacin por zonas. Ntese que un equipo certificado para
Divisin 1 no siempre puede utilizarse para un rea clasificada como Zona 0,
mientras que lo contrario s es cierto.
Tabla 3-1: Tabla de asignacin de grupos segn la norma norteamericana [14]
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta Captulo 3 Fundamentos tericos 31
Adicionalmente, en las tabla se puede observar la equivalencia que suele
hacerse entre los grupos de ambas normas, y en la tabla se presenta una
comparacin de las clasificaciones por temperatura
3.5.3. Mtodos de Proteccin
Para poder utilizar equipos dentro de reas clasificadas, es necesario utilizar
algn mtodo de proteccin. Existen varios principios de proteccin (contencin,
segregacin y prevencin), y varias tcnicas de implementacin, pero no todos son
aplicables a cualquier divisin o zona. A continuacin se presentan las principales
tcnicas de proteccin: [15]
A prueba de explosin (Explosion-proof o Flame-proof):
o Mtodo de contencin
o Identificado por la letra d.
o Vlido hasta Zona 1.
o Se utiliza un encapsulado que es capaz de soportar la presin de
la explosin interna y de enfriar la llama antes de que llegue al
exterior.
IEC NEC
Grupo I
Grupo IIA Grupo D
Grupo IIB Grupo C
Grupo IIC Grupos A y B
Tabla 3-2: IEC Vs. NEC: Grupos
Figura 3-2: IEC Vs. NEC: Divisiones y Zonas
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta Captulo 3 Fundamentos tericos 32
o Ventajas: ampliamente aceptado y aplicable a equipos de alta
potencia.
o Desventajas: alto costo, errores comunes en la instalacin y
mantenimiento son muy peligrosos.
Purga/Presurizacin
o Mtodo de segregacin
o Identificado por la letra p.
o Vlido hasta Zona 1.
o Se utiliza un gas limpio/inerte a presin positiva, que permite a
los componentes internos operar dentro de un rea segura,
rechazando la entrada de gases o vapores explosivos.
o Ventajas: nica solucin para equipos grandes
o Desventajas: instalacin compleja y no permite mantenimiento en
caliente (en vivo)
Temperaturas Clasificacin
(C) IEC NEC
85 T6 T6
100 T5 T5
120 T4
T4A
135 T4
160
T3
T3C
165 T3B
180 T3A
200 T3
215
T2
T2D
230 T2C
260 T2B
280 T2A
300 T2
450 T1 T1
Tabla 3-3: IEC Vs. NEC: Clasificacin de Temperaturas
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta Captulo 3 Fundamentos tericos 33
Seguridad Incrementada o Expandida.
o Mtodo de prevencin
o Identificado por la letra e.
o Vlido hasta Zona 1.
o Se fundamenta en someter los equipos a pruebas en condiciones
extremas de operacin, a fin de evitar la posibilidad de que se
produzcan temperaturas excesivas o se generen arcos o chispas,
tanto en las partes internas como en las externas, de manera tal
que nunca puedan ocurrir en condiciones normales de operacin.
o Ventajas: aplicable a equipos de alto consumo.
o Desventajas: normalmente requiere otro mtodo de proteccin
para completar la seguridad.
Proteccin Simplificada (non-incendive o non-sparking)
o Mtodo de prevencin.
o Se identifica con la letra n.
o Vlido para Zona 2.
o Se limita la energa del circuito elctrico, considerando
condiciones normales de operacin, en base a la correcta
ingeniera del producto.
o Ventajas: bajo costo.
o Desventajas: se basa en probabilidades y no acepta
mantenimiento en caliente.
Encapsulado:
o Mtodo de segregacin.
o Identificado por la letra m.
o Vlido hasta Zona 1.
o Las partes capaces de producir ignicin son recubiertas de un
material que excluye al medio explosivo.
o Ventajas: fcil de implantar en piezas pequeas.
o Desventajas: No soporta altas temperaturas ni equipos con
partes mviles. Adems, requiere mtodos de proteccin
complementarios.
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Inmersin en aceite:
o Mtodo de segregacin
o Vlido hasta Zona 1.
o Los circuitos elctricos estn inmersos en aceite, eliminando la
posibilidad de que se produzca la ignicin del medio explosivo.
o Ventajas: aplicable a equipos de alta potencia. Normalmente
utilizado en transformadores.
o Desventajas: requiere mtodos de proteccin complementarios.
Inmersin en polvo:
o Mtodo de segregacin
o Vlido hasta Zona 1.
o Los circuitos elctricos estn inmersos en polvo de vidrio o
cuarzo, evitando que se produzca la ignicin del medio explosivo.
o Ventajas: generalmente utilizado en transformadores,
condensadores y otros componentes electrnicos.
o Desventajas: requiere mtodos de proteccin complementarios y
no puede ser utilizado en equipos con partes mviles.
Seguridad intrnseca
o Mtodo de prevencin.
o Vlido hasta Zona 0.
o Un circuito intrnsecamente seguro es aqul que es incapaz de
generar la energa suficiente para causar la ignicin de una
mezcla explosiva o de un material combustible.
o Ventajas: no requiere cables especiales, seguro para el personal,
mantenimiento en caliente, nico mtodo aplicable en todas las
zonas, menor costo de adquisicin e instalacin que explosin-
proof, aceptado internacionalmente, las estadsticas demuestran
que ofrece una probabilidad de causar explosiones inferior a
10-18.
o Desventajas: no es aplicable a equipos de alta potencia y
requiere ms trabajo de ingeniera y documentacin.
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta Captulo 3 Fundamentos tericos 35
3.5.3.1. Seguridad Intrnseca
Seguridad Intrnseca o Intrinsic Safety es un mtodo basado en la
prevencin, que permite la operacin segura de la instrumentacin de control de
procesos en reas peligrosas. Un circuito se elctrico se define como
intrnsecamente seguro cuando ninguna chispa ni efecto trmico, producidos
durante el funcionamiento normal o en condiciones especficas de fallo, es capaz
de provocar la ignicin de una determinada atmsfera explosiva. Los sistemas de
seguridad intrnseca mantienen la cantidad de energa elctrica en un nivel
suficientemente bajo como para que pueda ocurrir una ignicin. Es decir, elimina
la energa del triangulo de explosin: energa, combustible y oxgeno.
Existen dos categoras de seguridad intrnseca: los aparatos de categora
ia garantizan la seguridad ante dos fallos, mientras que los aparatos ib con un
fallo solamente. La categora ia es la nica admitida en Zona 0.
Ningn dispositivo es intrnsecamente seguro por s solo, como algunos
suelen pensar, sino que son intrnsecamente seguros solamente cuando se
utilizan en un sistema configurado apropiadamente. Un circuito intrnsecamente
seguro consta de: el equipo intrnsecamente seguro, un dispositivo asociado y un
cable de interconexin. El dispositivo asociado sirve para conectar un aparato
elctrico situado en zona peligrosa con otro equipo instalado en zona segura.
Adems, dicho dispositivo es el componente encargado de limitar la energa del
sistema por debajo de la Energa Mnima de Ignicin. En la Figura 3-3 se puede
ver un esquema simplificado de un sistema de seguridad intrnseca.
Figura 3-3: Esquema simplificado de un Sistema de Seguridad Intrnseca
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Alejandro Viera V. Libro de Pasanta Captulo 3 Fundamentos tericos 36
El dispositivo asociado recibe comnmente el nombre de barrera. Existen
dos tipos de barreras:[16]
Barreras de Diodo Zener, o Barreras Pasivas: Fueron las primeras
en darse a conocer en la industria y, por lo tanto, son las ms
conocidas actualmente. Son bastante sencillas desde el punto de vista
de su circuito, como se puede ver en la Figura 3-4. Funcionan de la
siguiente manera: en caso de la presencia de una tensin peligrosa
proveniente del rea segura, los diodos zener desvan la corriente
hacia tierra hasta el momento en el cual el fusible se interrumpe,
manteniendo en la zona peligrosa un voltaje seguro, equivalente al
voltaje de zener a circuito abierto. A su vez, la corriente mxima de
corto circuito se limita por la resistencia Rlim.
o Ventajas:
Facilidad de uso.
Posibilidad de transformar un aparato sencillo en un sistema de
seguridad intrnseca.
Bajo costo y tamao compacto.
o Desventajas:
Requieren de una conexin a tierra de alta integridad.
Si las entradas y salidas no estn aisladas correctamente,
pueden presentarse problemas de lazos de corriente.
Figura 3-4: Esquema de una Barrera de Diodo Zener [16]
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La resistencia limitadora de corriente reduce el voltaje
disponible para los transmisores, e introduce errores en el caso
de conexin a un sensor de temperatura resistivo (RTD).
Los diodos zener pueden generar errores de medicin debido a
la corriente de dispersin a tierra.
Pueden daarse fcilmente en el caso de fallos o mala
conexin.
Barreras con aislamiento galvnico o Barreras Activas: estas
barreras son activas porque contienen una etapa de acondicionamiento
de la seal que reciben; por lo que requieren de una alimentacin
separada. El esquema del circuito de una barrera con aislamiento
galvnico se puede ver en la Figura 3-5. La diferencia bsica de este
circuito est en los componentes de seguridad que se utilizan para
obtener el aislamiento. Puesto que todo el circuito es flotante con
respecto a tierra, no existe la posibilidad de que la corriente de fallo
debida al voltaje de entrada recorra el circuito de limitacin de energa,
y por lo tanto no es necesaria la puesta a tierra de ste.
Figura 3-5: Esquema de una Barrera con Aislamiento Galvnico [16]
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o Ventajas:
No requiere aterramiento.
Reduccin de ruido.
Independencia de la carga.
Mayor voltaje de salida.
Mejor precisin en las medidas.
Evita problemas de corrientes de retorno.
o Desventajas:
Mayor costo inicial
Algunas veces requiere energizacin separada.
3.6. Sistemas de Control
3.6.1. Introduccin
En todos los procesos industriales, ya sean de supervisin manual o
automtica, siempre es necesario mantener un control de todas las variables
involucradas. Para ello, es necesario comparar el valor medido en el proceso contra
el resultado deseado, tomando acciones correctivas si estos fueran diferentes. Este
procedimiento se conoce con el nombre de Control de Procesos.
Un lazo de control est formado bsicamente por: un elemento de medicin o
sensor, que informa sobre el valor de la variable del proceso que se desea controlar;
un controlador, que determina si el proceso est dentro de los parmetros deseados
en base a la informacin suministrada por el elemento de medicin, y de no serlo
enva una seal correctiva; y un elemento final de control, que recibe la seal del
controlador y acta sobre el proceso, haciendo que ste tienda al valor deseado de la
variable.
En cada lazo de control se tienen 4 conceptos fundamentales:
Variable controlada: aquella cuyo valor se quiere cambiar para que
tienda al valor deseado.
Variable manipulada: aquella sobre la cual acta el elemento final de
control.
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Punto de ajuste (set-point): el valor deseado para la variable controlada.
Este valor reside en el controlador.
Perturbaciones: son los agentes externos al proceso que pueden actuar
sobre ste, modificando el equilibrio del sistema.
Si no hubieran perturbaciones en el proceso, las condiciones de operacin al
momento del diseo prevaleceran, y no existira la necesidad de monitorear
continuamente el proceso. Sin embargo, esta no es la realidad, y se requiere de un
sistema de control automtico para ajustar la variable manipulada para as mantener
la variable controlada en el punto de ajusto, a pesar de las perturbaciones.
Por otra parte, los lazos pueden ser de dos tipos:
Lazo de Control cerrado: cuando la seal del proceso tiene un efecto
directo sobre la accin de control.
Lazo de Control abierto: cuando la seal del proceso no tiene ningn
efecto sobre la accin de control. Generalmente este tipo de lazos son
manipulados en base a una funcin de tiempos.
Un sistema de control es un conjunto de equipos (hardware) y programas
(software), dedicados a facilitar las labores de control, monitoreo y supervisin de las
variables de proceso de la planta. Los objetivos de un sistema de control son:
Garantizar la calidad de los productos
Maximizar la produccin
Mantener la seguridad de la planta
Reduccin en los costos de operacin
En la figura se muestra una visin simplificada de un sistema de control. Aqu se
puede ver que el sistema de control es capaz de traducir los comandos de un
operador en las acciones de control requeridas, y de mostrar al operador el estado de
toda la planta. En la mayora de los casos e