instrumentacion basica de procesos industrtiales isa_parte1[1]

8/4/2019 Instrumentacion Basica de Procesos Industrtiales ISA_Parte1[1]

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S N T E S I S C U R R I C U L A R

M. EN C. ARMANDO MORALES SNCHEZ

El M. en C. Armando Morales Snchez curs su licenciatura en Ingeniera enComunicaciones y Electrnica (1980) en la ESIME del IPN y su Maestra en

Ciencias en Ingeniera de Cmputo con Especialidad en Sistemas Digitalesen el Centro de Investigacin en Computacin del IPN.

En su ingreso al Instituto Mexicano del Petrleo (IMP) en 1981, curso laEspecializacin de Ingeniera de Proyecto en Instrumentacin y Control.Hasta 1987 permanece en el departamento de ingeniera de control,

participando en la ingeniera bsica y de detalle de instrumentacin de 4plantas industriales. A partir de 1988 y a la fecha, participa comoResponsable de la Automatizacin de las Plantas Piloto del IMP, donde sehan instrumentado e instalado sistemas de control digital (SCADA, PLC ySCD) en ms de 18 plantas piloto. Ha impartido cursos sobre

instrumentacin y control a PEMEX y a compaas de iniciativa privada. De1985 a 1988 fue miembro del comit educativo de la ISA Mxico y durante19 aos fue profesor del IPN en el rea de Electrnica. Ha dirigido 10 tesisde licenciatura, 2 tesis de maestra y ha publicado 3 artculosinternacionales y 8 artculos nacionales.


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Entre las distinciones que ha recibido destacan, el reconocimiento aldesempeo en el IMP (1990), excelencia como expositor (1991), y en susestudios de maestra, mencin honorfica, reconocimiento como el alumnoms sobresaliente y candidato a la presea Lzaro Crdenas (2000). En el2001 obtuvo el segundo lugar en el concurso IMP a la mejor tesis de

maestra sobre la industria petrolera. En el 2004 curso un Diplomado enMetrologa y otro en Aplicaciones de Sistemas de Control. Actualmente seencuentra finalizando sus estudios del Doctorado en Ingeniera Elctricacon Especialidad en Control, en la Seccin de Estudios de Posgrado eInvestigacin de la ESIME, IPN, desarrollando un mtodo de sintonizacin

para un control de matriz dinmica.


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Alcance: Al trmino del curso el participante conocer los

conceptos bsicos de la instrumentacin, variables masimportantes, principales caractersticas y aplicaciones.

Perfil: Conocimientos bsicos de electricidad.

Dirigido a: Ingenieros o tcnicos involucrados en servicios,

proyectos y mantenimiento dentro de las reas deInstrumentacin y Control.


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TEMARIO

1. Introduccin.- La Instrumentacin como factor de aumento de calidad y eficiencia en la

produccin.- Seguridad.- Exactitud y precisin.- Errores de medicin.- Calibracin.

- Hojas de especificacin de instrumentos.

2. Simbologa ISA- Diagramas de tubera e instrumentacin.- Nomenclatura.

- Terminologa.- Diagramas funcionales de instrumentacin.- ndice de instrumentos.


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3. Medicin de temperatura.- Generalidades.

- Unidades.-Termmetros clnicos industriales, sistemas llenos, termopares,elementos de resistencia, termistores, termopozos.

- Instalacin.- Patrones y tablas.

- Aplicaciones.

4. Medicin de presin- Generalidades.- Unidades.

- Tipos de sensores.- Tipos de medidores.- Normas.- Instalacin.- Aplicaciones.


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5. Medicin de nivel.- Tanques atmosfricos.- Recipientes a presin.- Tipos de sensores.- Aplicaciones.

6. Medicin de flujo.- Importancia de la medicin de flujo de fluidos.- Unidades.- Diferentes principios para la medicin de flujo.

- Aplicaciones.- Instalacin.


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7. Mediciones analticas- Cromatografa de gases

- Analizador de infrarrojo- Analizador de oxgeno

8. Equipos auxiliares.- Transmisores.

- Indicadores.- Registradores.- Convertidores.- Transductores.- Interruptores.- Buses de campo.- Clasificacin de reas.


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9. Elementos finales de control.- Introduccin.

- Caractersticas de control.- Tipos de vlvulas de control.- Actuadores.- Posicionadores.- Variadores de velocidad

- Servomotores

10. Introduccin al control automtico.- Introduccin.- Jerarqua de control.- Terminologa de control automtico.- Lazo abierto y lazo cerrado.- Disturbios.- Parmetros de estabilidad.

- Modos de control: dos posiciones, proporcional, integral y derivativo.- Sintonizacin de controladores.- Teora moderna de control.


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11. Introduccin a sistemas de control digital para supervisin y controlde procesos industriales.

- Control unitario SISO

- PLC

- Sistemas de adquisicin de datos

- Sistema SCADA

- Sistemas de control distribuido.


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Standards

Certification

Education & Training

Publishing

Conferences & Exhibits

INSTRUMENTACIINSTRUMENTACINNBBSICA DE PROCESOSSICA DE PROCESOSINDUSTRIALESINDUSTRIALES

CAPCAPTULO 1TULO 1

INTRODUCCIINTRODUCCINN

M. en C. Armando Morales Snchez

16, 17 y 18 de mayo del 2007


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1. INTRODUCCIN

Qu es la instrumentacin?

Porqu es importante?

Qu relacin guarda con el control de un proceso?

Cules son las caractersticas bsicas de uninstrumento?

En que influye la seleccin correcta de uninstrumento?


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Proceso

Un proceso es una parte de una planta de manufactura, en la cul, elmaterial o la energa es convertida a otras formas de material o energa.

Ejemplos: Cambio en presin, temperatura, velocidad, potencial elctrico, etc.

PROCESO

Entrada de airecaliente

Salida deaire fro


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Proceso continuo y proceso batch

Proceso Continuo El material es introducido y removido del proceso al mismo tiempo y

el proceso una vez iniciado, no para (Reacciones qumicas,destilaciones, separaciones, etc).

Proceso Batch

El material se agrega a un contenedor; algn proceso se lleva acabo; el producto es removido y se sigue una secuencia que puedeparar o reiniciarse (Bebidas alcoholicas, productos alimenticios, etc).


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Sistema

Conjunto de elementos ordenados quecumplen un objetivo, y uno solo de estoselementos no puede cumplir, por si solo, eltrabajo de todo el sistema.


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Control

Accin o conjunto de acciones que buscanconformar una magnitud variable, o conjuntode magnitudes variables, en un patrndeterminado.


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Esquema general de control

Medicin

Decisin

Accin


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Control de procesos

La regulacin o manipulacin de variablesque influencian en el

comportamiento de un proceso de una forma determinada para obtener un

producto con una calidad y una cantidad deseadas de una manera eficiente

DISTURBIOS

PROCESO

VARIABLECONTROLADA

VARIABLEMEDIDA

CONTROLADOR

VARIABLESMANIPULADAS


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Razones de control

SeguridadEstabilidad

OptimizacinProteccin ambiental


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Seguridad

Preservar bajo cualquier condicin la integridad del

personal y equipo involucrado en la operacin de losprocesos.


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Estabilidad

Asegurar las condiciones de operacin de los procesos,para mantener en forma continua la calidad de losproductos, dentro de los lmites especificados.


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Optimizacin

Asegurar el mximo beneficio econmico en la operacinde los procesos.


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Proteccin ambiental

Reducir a su mnima expresin el impacto ecolgico delos efluentes del proceso, para cumplir con todas lasnormatividades aplicables.


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y

t

Variable Analgica

y

t

Variable Digital

TIPOS DE VARIABLES DE ACUERDO A SUCOMPORTAMIENTO EN EL TIEMPO

Tipos de variables


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Seal analgica

Dominio del tiempo

VibracinVozSonar

TemperaturaPresinFlujoEsfuerzo

DC

ECGPresin de sangreTransientesCromatografa

0.985

t t f

Dominio de la frecuencia


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Seal digital

Seal On-Off Tren de pulsos

Entrada:Lectura de un encoder

Salida:Mueve un motor a pasos

Entrada:Cierre o apertura de uninterruptor

Salida:Abre o cierra una vlvula

on

offt

1-

0-t


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Metrologa

La metrologLa metrologaa es la ciencia de las medidas, cuyoes la ciencia de las medidas, cuyoestudio comprende los patrones, las magnitudes yestudio comprende los patrones, las magnitudes y

los sistemas de unidades.los sistemas de unidades.

La metrologLa metrologa estudia la fiabilidad de la relacia estudia la fiabilidad de la relacinnestablecida entre cualquier magnitud y su patrestablecida entre cualquier magnitud y su patrn.n.

*La medicin es el proceso por el cual se asignannmeros o smbolos a atributos de entidades del

mundo real de tal forma que los describa de acuerdocon reglas o patrones claramente definidos" [Fentony Pfleeger, 1997].

*Fenton, N.E. y Pfleeger, S.L., Software metrics. A rigurous and practical approach, PWSPub, 1997


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Magnitud o Cantidad

Atributo de un fenAtributo de un fenmeno, cuerpo o sustancia quemeno, cuerpo o sustancia que

puede ser distinguido cualitativamente y determinadopuede ser distinguido cualitativamente y determinadocuantitativamente. Ejemplos de magnitudes:cuantitativamente. Ejemplos de magnitudes:

BBsicas: Longitud, masa, tiempo.sicas: Longitud, masa, tiempo.

Derivadas: Velocidad, calor,Derivadas: Velocidad, calor, rea.rea.

Particulares: ConcentraciParticulares: Concentracin de etanol, resistencian de etanol, resistenciaelelctrica de un cable, Calorctrica de un cable, Caloras que aporta unas que aporta un

alimento.alimento.


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Unidades de medida

KTTemperatura

stTiempo

mLLongitud

KgMMasa

Unidades SIRepresentacin

dimensional

Magnitud

Magnitudesfundamentales

Magnitudes

derivadas

Kg/m/sML

-1

t

-1

Viscosidad

J/Kg (N-m/Kg)FL/M=M2L-2Energa interna u

W (Kg/m/s3)FL/t=ML-1t-3Potencia

J (Kg/m/s2)FLEnerga

Kg/m3ML-3Densidad

Pa(N/m2)FL2=ML-1t-2Presin

m3L3Volumen

m2L2Area

N(Kg.m/s2)ML2t-2Fuerza

m/s2Lt-2Aceleracin

m/sLt-1Velocidad


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Rango y Span

Rango.- Regin entre los lmites en los cules una cantidad es medida,

recibida o transmitida, expresada al establecer los valores de rango

mnimos y mximos.

LRV (Valor de rango mnimo).- El valor mnimo de la variable medida que

un dispositivo esta ajustado para medir.

URV (valor de rango mximo).- El valor mximo de la variable medida que

un dispositivo esta ajustado para medir.

Span.- Diferencia algebraica entre los valores mximo y mnimo.


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Rango de las variables medidas

RANGOS TPICOS TIPO DE RANGO RANGO VALORBAJO DEL

RANGO

VALORALTO DERANGO

SPAN

TERMOPAR K VARIABLE MEDIDA 0 A 2000 oF 0 oF 2000 oF 2000 oF

SEAL ELCTRICA -0-68 A 44.91 mV -0.68 mV. + 44.91 mV. + 5.556 mV.

MEDIDOR DEFLUJO

VARIABLE MEDIDA 0 A 10,000 LB/HR 0 LB/HR 10,000 LB/HR 10,000LB/HR

TACOMETRO VARIABLE MEDIDA 0 A 500 RPM 0 RPM 500 RPM 500 RPM

SEAL ELCTRICA 0 A 5 V. 0 V. 5 V. 5 V.

PRESINDIFERENCIAL

VARIABLE MEDIDA 10 A 100 H2O 10 H2O 100 H2O 90 H2O

SEAL ELCTRICA 4 A 20 mA. C.D. 4 mA. C.D. 20 mA. C.D. 16 mA. C.D.


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Ejemplo de rango de variables medidas

Cual ser la seal en mA. que entrega un transmisor depresin que mide 32.3 Kg/cm2 en un rango calibrado de0-70 Kg/cm2, si el transmisor entrega su seal en unrango de 4-20 mA. C.D.?


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Medicin

Algunos de los factores que afectan la medicin son:

La exactitud, La precisin, La resolucin,

La repetibilidad, La reproducibilidad, La linealidad, La histresis El error La incertidumbre.


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Exactitud de la medicin

**La exactitud de la medicin es la concordancia entre un valor

obtenido experimentalmente y el valor de referencia. Es funcin de larepetibilidad y de la calibracin del instrumento.

La precisin es el grado de concordancia entre una serie dedeterminaciones obtenidas de repetir la medicin y se expresa como la

desviacin estndar relativa o el coeficiente de variacin.Es funcin dela repetibilidad y la reproducibilidad.

La resolucin de un instrumento es el mnimo valor confiable que

puede ser medido en un instrumento.


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100%

0%

SPAN

100

90

80

70

60

5040

30

20

10

0

1009080706050403020100

VALORES

DE

ENTRADA

VALOR DESEADO

SALIDA MEDIDA

RANGO DE EXACTITUD 5 % span

Exactitud de la medicin


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Repetibilidad y Reproducibilidad

La repetibilidad es la precisin de resultados de medicin

expresado como la concordancia entre determinaciones omediciones independientes realizada bajo las mismascondiciones (operador, tiempo, aparato, lugar, mtodo, etc).

Reproducibilidad de la medicin es la precisin de resultadosde medicin expresado como la concordancia entredeterminaciones independientes realizadas bajo diferentes

condiciones (operador, tiempo, aparato, lugar, mtodo, etc).


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37#

100%

0%

SPAN

100

90

80

70

60

5040

30

20

10

0

1009080706050403020100

VALORES

DE

ENTRADA

VALOR DESEADO

SALIDA MEDIDA

Repetibilidad y Reproducibilidad

EL INSTRUMENTO CON QUE SE REALIZA LAMEDICIN ES UN INSTRUMENTO PRECISO,MAS NO EXACTO


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Linealidad

SALIDA

LINEAL

FLUJO

CURVA CARACTERSTICA

LINEALIDAD (ENTRADA/SALIDA)

Se define como la cercania con la cual una curva se aproxima a una lnearecta. La linealidad es usuamente medida como una no linealidad y

expresada como linealidad. Hoy en da algunos instrumentos tienen unajuste de linealidad

LINEALIDAD


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Histresis

SALIDA

LINEAL

FLUJO

Es la medida de la diferencia en respuesta de un dispositivo o sistemaal incrementar la seal de entrada de un valor mnimo a un valormximo y, con respecto a cuando se decrementa de un mximo a unmnimo sobre el mismo rango.

HISTE

RESIS


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Error

Diferencia algebrica entre los valores indicados y losvalores verdaderos de la variable medida. Existen

diferentes tipos de errores:

Error de span Error de cero Error de linealizacin


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41#

Error de cero

100%

VALOR VERDADERO

0

100%

% DE ENTRADA

%

DESALIDA

ERRORES DE CERO

Un instrumento tiene un error de cero cuando todas las indicacionesdel instrumento son consistentemente altos o consistentemente bajos

a travs del rango completo del instrumento cuando es comparadocon la salida deseada.


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42#

Error de Span

En el error de span, la desviacin del valor ideal vara en diferentespuntos a lo largo del rango del instrumento. Normalmente se

incrementa, cuando la seal de entrada se incrementa.

100%

VALOR VERDADERO

0

100%

%

DESALIDA

ERRORES DE SPAN

% DE ENTRADA


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Errores de Span y de Cero combinados

100%

VALOR VERDADERO

0

100%

%D

ESALIDA

COMBINACIN DEERRORES DESPAN Y CERO

% DE ENTRADA

E d li lid d


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44#

Error de linealidad

Es cuando el resultado de la salida no presenta una lnea recta conrespecto al valor de entrada. El error de no linealidad puede sercorregido durante la calibracin si el instrumento tiene un ajuste de nolinealidad. Generalmente se recomienda tomar 5 puntos.

LINEAL

0

100%

%

DESALIDA

100%% DE ENTRADA

ERRORES CAUSADOSPOR LA NO LINEALIDAD

Especificacin de caractersticas de un


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Especificacin de caractersticas de un

instrumentoUn instrumento de medicin es un dispositivo empleado para efectuarmediciones por si solo o como integrante de otro equipo o sistema.

Las caractersticas metrolgicas de un instrumento estn definidas enfuncin de los factores que afectan su medicin, como ejemplo:

Exactitud : 0.2% de span calibrado. Aqu se incluye efectos

combinados de lo siguiente: Repetibilidad : 0.05% de span calibrado

Linealidad : 0.1% de span calibrado

Histresis : 0.05% de span calibrado


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Ciencias exactas.Ciencias exactas.

Respuesta a cuestiones planteadas por la ciencia.Respuesta a cuestiones planteadas por la ciencia.

InvestigaciInvestigacin cientn cientfica.fica. Manufactura.Manufactura.

Control de calidad.Control de calidad.

InspecciInspeccin y vigilancia.n y vigilancia. TTcnica.cnica.

Forma parte del ciclo de mejora continua del sistema deForma parte del ciclo de mejora continua del sistema de

administraciadministracin de la calidad.n de la calidad. Es un pilar que soporta la calidad.Es un pilar que soporta la calidad.


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Con la finalidad de evaluar su eficiencia.Con la finalidad de evaluar su eficiencia.

Poder comparar mediciones con patrones de referencia.Poder comparar mediciones con patrones de referencia.

Poderse comparar con otros laboratorios.Poderse comparar con otros laboratorios. Interpretar resultados de la ciencia, la ingenierInterpretar resultados de la ciencia, la ingeniera, ela, el

comercio, la industria.comercio, la industria.

Tener un criterio objetivo para adquisiciTener un criterio objetivo para adquisicin de equipo.n de equipo. Seleccionar el equipo adecuado para un proceso deSeleccionar el equipo adecuado para un proceso de

medicimedicin especn especfico.fico.

Comprender reglamentaciones oficiales.Comprender reglamentaciones oficiales.


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AnteriormenteAnteriormente:: errorerrory any anlisis delisis de erroreserrores..

El error es el resultado de una medida menos el valorEl error es el resultado de una medida menos el valor

verdadero del mensurando.verdadero del mensurando.

ActualmenteActualmente:: Incertidumbre.Incertidumbre.

La incertidumbre refleja la imposibilidad de conocer elLa incertidumbre refleja la imposibilidad de conocer elvalor del mensurando y corresponde a la duda delvalor del mensurando y corresponde a la duda delresultado de la mediciresultado de la medicin, an, an cuando sean eliminadosn cuando sean eliminadoslos errores detectados.los errores detectados.

Incertidumbre de la Medicin


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Incertidumbre de la Medicin

Parmetro asociado al resultado de una medicin que caracteriza ladispersin de los valores, que podran razonablemente ser atribudos almensurando.


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Qu nos da a conocer la Incertidumbre?

Caracteriza la calidad del resultado de unaCaracteriza la calidad del resultado de una

medicimedicin.n.Refleja la imposibilidad de conocer exactamente elRefleja la imposibilidad de conocer exactamente elvalor del mensurando.valor del mensurando.

Corresponde a laCorresponde a la dudaduda del resultado de medicidel resultado de medicin.n.Corresponde a la duda una vez eliminados oCorresponde a la duda una vez eliminados ocorregidos los errores detectados.corregidos los errores detectados.


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Fuentes de Incertidumbre

Principio de medida.Principio de medida.

MMtodo de medida.todo de medida.

Procedimiento de medida.Procedimiento de medida.

Correcciones por errores detectados.Correcciones por errores detectados.

Correcciones por cantidades de influencia.Correcciones por cantidades de influencia.

Valores inexactos de patrones.Valores inexactos de patrones.

Muestra no representativa del mensurando.Muestra no representativa del mensurando.

Aparatos de mediciAparatos de medicin.n.

MMtodo de medicitodo de medicin.n.

Variables no controladas (temperatura, humedad, presiVariables no controladas (temperatura, humedad, presinnatmosfatmosfrica, corrientes de aire, variacirica, corrientes de aire, variacin de energn de energa ela elctrica,ctrica,

variacivariacin de flujo de agua,n de flujo de agua, etcetc).).

Normativa de estimacin de


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Incertidumbre

NMX-EC-17025-IMNC-2000

5.4.6.2. Los laboratorios de ensayo y calibracin debern tener y aplicar

procedimientos para estimar la incertidumbre de medicin, ellaboratorio debe al menos intentar identificar todos loscomponentes de la incertidumbre y hacer una estimacin razonablebasada en el conocimiento del desempeo del mtodo y delalcance de la medicin y deber hacer uso, por ejemplo, de la

experiencia previa y de la validacin de los datos.5.4.6.3. Cuando se est estimando la incertidumbre de medicin deben

ser tomados en cuenta, todos los componentes de incertidumbreque sean de importancia para la situacin dada; usando mtodos

apropiados de anlisis.

C lib i


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53#

Calibracin

La calibracin de un instrumento es el conjunto de operaciones queestablece, bajo condiciones especificas, la relacin entre valoresindicados por un instrumento de medicin o sistema de medicin o losvalores representados por una medida materializada y los valorescorrespondientes de la magnitud, realizada por los patrones. En formasimple se define como la comparacin de las indicaciones de uninstrumento contra un patrn, sin efectuar ningn ajuste.

CALIBRACIN APROPIADA

MEDICIN EXACTA

BUEN CONTROL DEL PROCESO

SEGURIDAD Y COSTOS BAJOS

Diagrama de bloques de la calibracin


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54#

Diagrama de bloques de la calibracin

INSTRUMENTOBAJO PRUEBA

PROCESO OENTRADASIMULADA

MEDICINDE ENTRADA PATRN

(NORMALIZADA)

MEDICINDE SALIDA(NORMALIZADA)

FUENTE DE ENERGA

Programas de calibracin de


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ginstrumentos

PROGRAMA ANUAL DE CALIBRACIN DE EQUIPOS DE MEDICIN

2003

CLAVE

INVENTARIONOM BRE DEL EQUIPO M ARCA M ODELO NO. SERIE

VIDA TIL

DEMANDANTE

RANGO DE

MEDICINPRECISIN

COMPAA QUE

DA EL SERVICIO

PERIODO DE

SERVICIO

S/N Transductor de vaco Baratron 622A TAE-5 619741 10 aos 0 a 10 Torr -0.25% E.T.I1 IMP 6 meses*S/N RTD PT100 Fondo Jupiiter JAX1 PT100 9550 10 aos -40 a 420oC +-1.0 oC IMP 1 ao

S/N RTD PT100 Domo Jupiter JAX PT100 15 10 aos -40 a 420oC +-1.0 oC IMP 1 ao

S/N RTD PT100 Bao Jupiter JAX2 0H12004 9537 10 aos -40 a 420oC +-1.0 oC IMP 1 ao

S/N Probeta graduada Pyrex 3062 CB12624 10 aos 0-250 ml. +-1.4 ml IMP 1 ao

20092 Bscula electrnica Mettler PM30-K L21759 10 aos 0-30 Kg. +-1.0 g IMP 1 ao

134138 Indicador de temperatura Eurotherm 8155 931-001-007-9 10 aos 0-40 oC 0.015 oC IMP 1 ao

Patrones de calibracin


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56#


PATRN (de medicin)

Medida materializada, instrumento de medicin, material dereferencia o sistema de medicin destinado a definir, realizar,conservar o reproducir una unidad o ms valores de unamagnitud para utilizarse como referencia.

PATRN NACIONAL (de medicin)

Patrn reconocido por una decisin nacional en unpas, que sirve de base para asignar valores a otros

patrones de la magnitud concerniente.



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57#


PATRN (de medicin).- Medida materializada, instrumento demedicin, material de referencia o sistema de medicin destinado

a definir, realizar, conservar o reproducir una unidad o msvalores de una magnitud para utilizarse como referencia.

PATRN NACIONAL (de medicin).- Patrn reconocido por unadecisin nacional en un pas, que sirve de base para asignar

valores a otros patrones de la magnitud concerniente.

PATRN SECUNDARIO.- Patrn cuyo valor es establecido porcomparacin con un patrn primario de la misma magnitud.

PATRN DE TRABAJO.- Patrn que es usado rutinariamente paracalibrar o controlar las medidas materializadas, instrumentosde medicin o los materiales de referencia.

Trazabilidad de la medicin


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Trazabilidad de la medicin

Propiedad del resultado de una medicin o del valor de un patrn por lacual pueda ser relacionado a referencias determinadas generalmentepatrones nacionales o internacionales por medio de una cadena

ininterumpida de comparaciones teniendo todas las incertidumbresdeterminadas.

Patrn Nacional o Primario

Consumidor, industria, comercio

Definicin de laUnidad de Medida

Laboratorio Nacional

Laboratorios de

Calibracin Acreditados

Instrumento de Medicin o equipocalibrado

BIPM

Patrn de Referencia

Patrn de Trabajo

Ejemplo de trazabilidad de la medicin


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Ejemplo de trazabilidad de la medicin

Patrones de trabajo


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Patrones de trabajo

PATRONES

MANMETROS COLUMNAS H2O HGPOTENCIOMTRICOS

PUENTE DE WHEATSONEBALANZA DE PESOS MUERTOS

Calibradores neumticos


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Calibradores neumticos

Balanza de pesos muertos


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Balanza de pesos muertos

Calibrador de flujo


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Calibrador de flujo

Calibrador de presin


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64#

Calibrador de presin

7 8 9

654

1 2 3

0 .+/- ENTER

SETUP

RANGECLEAR(ZERO)

V

MEASSOURCE

mA

TCRTO

VHz

SAVE MORECHOICES

SCALEENGUNITS

AUTO RANGE0 15 30 mA

20.451 mA

11/18/93 07:44:08SOURCE OFF

FLUKE 702

VRTD

MA MA

RTD

MEAS

V

SOURCE30VMAX

300VMAX

MEASURE

~

DOCUMENTING PROCESSCALIBRATOR

Medicin Industrial


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Medicin Industrial

Medicin Local

Medicin Remota

Medicin Local


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Medicin Local

MEDICINLOCAL

MANMETROS MIRILLAS

DE NIVEL

TERMOMETROSMIRILLAS

DE FLUJO

Medicin Remota


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ed c e ota

MEDICINREMOTA

TRANSMISORESNEUMTICOS

TRANSMISORESELCTRICOS

TRANSMISORESDIGITALES

Instrumentacin


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La instrumentacin es una especialidad referente a losinstrumentos de medicin, principalmente a los utilizadosindustrialmente, y forma parte primordial dentro de unsistema enfocado al control de un proceso industrial, porlo que generalmente un instrumentista es un especialista

en instrumentacin y control.

Un buen conocimiento de la especialidad redunda en unabuena especificacin y seleccin de la instrumentacin

ptima en un proceso industrial lo cual contribuir comoun factor de aumento de calidad y eficiencia en laproduccin.

Hojas de datos de instrumentos


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Una hoja de datos es una tabla donde se introducen losdatos de proceso mnimos necesarios para efectuar la

especificacin de un instrumento, como pueden ser:temperatura normal y mxima de operacin, presin normaly mxima de operacin, material de la tubera, tipo defludo, dimetro de la tubera, etc.

En un proyecto, generalmente estos datos se toman deldiagrama de flujo de proceso y del diagrama de tubera einstrumentacin, en el que se indican las condiciones de

operacin de los puntos importantes del proceso y lascaractersticas de los recipientes y de las lneas de tubera.



70/240

70#



71/240

71#

Hoja de especificacin de instrumentos


72/240

72#

j p

Una hoja de este tipo especifica las caractersticasgenerales y especficas del instrumento para su compra.

Para el llenado de esta hoja, es necesario conocer el tipode instrumento que se ha seleccionado en base a lascondiciones de operacin plasmadas en las hojas de datos

de instrumentos.La hoja de especificacin es un documento bsico dentrode la ingeniera de proyecto, ya que fundamenta la compra

y sirve de apoyo para las diferentes actividadessubsecuentes de un proyecto, como los tpicos deinstalacin, diagramas de alambrado, suministros deenerga, etc.


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73#

Hojas deespecificacin

deinstrumentos

(ISA S20)


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74#


deinstrumentos

(ISA S20)


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75#


deinstrumentos

(ISA S20)

Evolucin de la instrumentacin ycontrol


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76#

PERODO ANTES DE

19201930

A 19401940

A 19501950

A 19601960

A 19701970

A 19801980

A 19901990

EN ADELANTE

INSTRUMENTACIN

MEDICIONES

LOCALES

ELEMENTOSFINALES DECONTROL

PRIMEROS

SERVOMECANISMOS

ACTUADORESNEUMTICOS

PRIMEROS

INSTRUMENTOSELECTRNICOS

PRIMERASCELDAS DE

PRESIN DIF.

SURGE LA

CROMATOGRAFADE GASES

SURGEN NUEVOSPRINCIPIOS DE

MEDICIN

DESARROLLO DE

NUEVOSCONTROLADORES

ELECTRNICOSMAS CAPACES

SE DESARROLLANNUEVOS TIPOS

DE VLVULAS DECONTROL

SE INTRODUCEN

LOS MICROPROCESADORES

EN LAINSTRUMENTACIN

SE

DESARROLLANNUEVOS

INSTRUMENTOSCON MEJOREXACTITUD Y

CONFIABILIDADCON PRECIOSREDUCIDOS

SE

DESARROLLANINSTRUMENTOSINTELIGENTES

CONFUNCIONESMTLIPLESCON AUTO

CALIBRACIN YAUTO

DIAGNSTICO

SISTEMASDE

CONTROL

CONTROLMECNICO

CONTROLDE DOS

POSICIONES

PRIMEROSCONTROLESNEUMTICOS

PID

PRIMEROSCONTROLES

LGICOSPROGRAMABLES

DESARROLLODE LA TEORADE CONTROL

MODERNA

PRIMERASTCNICAS DE

SINTONA

SE DEFINEN LASBASES DECONTROL

SUPERVISORIO YDE CONTROL

DIGITAL DIRECTO

SE DEFINEN LASBASES DECONTROL

DISTRIBUIDO

SE DESARROLANLOS PRIMEROS

PLCs DIGITALES

SE INCREMENTALA CAPCIDAD DE

LOS SISTEMAS DECONTROL

DISTRIBUIDO Y DELOS PLCs

SEDESARROLLANLAS PRIMERASAPLICACIONESDE CONTROLAVANZADO

SEINTRODUCEN

LOSCONCEPTOS

DE INTEROPERABILIDAD

E INTERCONECTIVIDAD

TELEMETRIA

INSTRUMEN-TACINLOCAL

TRANSMISINNEUMTICA

TRANSMISINELCTRICA

TRANSMISIN4-20 mA.

SEDESARROLLANLOS PRIMEROSSISTEMAS DETELEMETRA

SE DESARROLLANLOS PRIMEROSSISTEMAS DEFIBRA PTICA

SENORMALIZAN

LOS PRIMEROSPROTOCOLOS

DIGITALES

SEINTRODUCENLOS CANALES

DE CAMPO

Cmo seleccionar un medidor?


77/240

77#

Fundamentalmente la seleccin se basa en las consideraciones deproceso, a la importancia del dato de medicin en el proceso y alaspecto econmico.

De ah la importancia de conocer el principio de medicin de losdiferentes tipos de medidores y los clculos necesarios de loselementos primarios para obtener el mximo rendimiento costo-

beneficio de ellos y as disminuir el error en la medicin.

Este curso provee mtodos tcnicos para el diseo, especificacin,clculo y seleccin de medidores, dando una gua para medir variables

fsicas de la mejor manera posible.

Tips para seleccionar un medidor


78/240

78#

1. Medidor ms familiar.- el ms fcilmente entendible, basado sobre

gran cantidad de mediciones y perodos de tiempo.

2. Medidor que se ha utilizado en aplicaciones previas similares.-simple aproximacin, no necesariamente malo pero no siempre lamejor solucin. Puede ser muy malo si la seleccin es siempre la

misma.

3. Considerar todos los factores que puedan influir en la seleccin.-consume en algunos casos demasiadas h-h y es justificada enaplicaciones crticas de flujo.

Ejemplo de caractersticas principales para laseleccin de un medidor de flujo


79/240

79#

ESTANDARES DE LA COMPAA CONEXIONES PARA INSTALACIN: BRIDADO,ROSCADO, ETC.

REQUERIMIENTOS LEGALES LIMITACIONES DE ESPACIO

FASE DEL FLUIDO PRINCIPAL TRAYECTORIA DE TUBERIA CORRIENTE ARRRIBACONTENIDO DE SOLIDOS COMPONENTES MAS CERCANOS CORRIENTE

FACTORES DE CALIBRACIN NIVEL DE VIBRACINTIPO DE FLUIDO: AGUA, AIRE HC, ETC REPETIBILIDAD DE LECTURANATURALEZA DEL FLUIDO: CORROSIVO,CONDUCTIVO, ETC

VELOCIDAD O TOTALIZACIN

TAMAO Y MATERIAL DE TUBERA TIEMPO DE RESPUESTAINDICADOR DE FLUJO FLUJO MXIMO Y MNIMOOBSTRUCCIN DE FLUJO PRDIDA DE PRESIN PRESIN MXIMA Y MNIMA

TIPO DE SALIDA DE CONTROL TEMPERATURA MXIMA Y MNIMATIEMPO ENTRE INSPECCIN Y MANTENIMIENTO DENSIDAD DEL FLUIDO

SEGURIDAD VISCOSIDAD DEL FLUIDO

COSTO FLUJO PULSANTE?DESVO DE CALIBRACIN FLUJO LAMINAR?PROVEEDORES CONDICIONES EXTERNAS: HUMEDAD, CALOR,


80/240

80

Standards

Certification


Publishing


INSTRUMENTACIINSTRUMENTACINNBBSICA DE PROCESOSSICA DE PROCESOSINDUSTRIALESINDUSTRIALES

CAPCAPTULO 2TULO 2

SIMBOLOGSIMBOLOGAA

M. en C. Armando Morales Snchez23, 24 y 25 de mayo del 2007

Los diagramas de tubera e instrumentacin(DTIs)


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81#

( )

Los DTIs son diagramas que contienen bsicamente losequipos de proceso, las tuberas, los instrumentos y las

estrategias de control del proceso. Un DTI es el elementonico ms importante en el dibujo para:Definir y organizar un proyectoMantener el control sobre un contratista durante laconstruccinEntender como es controlada la planta despus definalizar el proyecto

Mantener un registro de lo que fue acordado y aprobadoformalmente para la construccinRegistrar lo que fue construido en la forma como sediseo con los DTIs

Los diagramas de tubera e instrumentacin(DTIs)


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82#

Los DTIs son conocidos con varios nombres, pero todomundo sin tomar en cuenta como son nombrados conocen su

valor. Estos son algunos de los nombres por los cuales sonconocidos :DTIs

P&IDs (por sus siglas en ingls)Diagramas de tubera e instrumentacinDiagramas de procesos e instrumentacin

La mayoria de las firmas utilizan las normas ISA como unabase para luego aadir sus propias modificaciones deacuerdo a sus necesidades.

Normas ISA aplicables a DTIs


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83#

No hay norma DTI o acuerdo en la informacin quedebe ser incluida o excluida de tales documentos.

Las normas ISA ANSI/ISA-5.1-1984 (R1992) y ISA-5.3-1983 son las guas generalmente ms aceptables paradesarrollar simbolismo para instrumentacin y sistemas decontrol en: las industrias qumicas y petroqumica,generacin de energa, pulpa y papel, refinacin, metales,aire acondicionado, etc. y pueden ser utilizadas enprocesos continuos, por lotes y discretos.

Normas ISA aplicables a DTIs


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84#

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

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

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

ANSI/ISA-S5.4-1991, Diagramas de lazo de instrumentacin. ANSI/ISA S5.5-1985, Smbolos grficos para desplegados de proceso.

Otras normas de simbologa


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85#

ASA Y32.11-1961 Smbolos grficos para diagramas de flujo deproceso en las industrias del petrleo y qumica (ASME).

ASA Z32.2.3-1949 Smbolos grficos para accesorios de tubera,

vlvulas y tubera (ASME) ANSI Y14.15.a-1971 Seccin 15-11 Interconexin de diagramas (ASME) IEEE Std 315-1975 (ANSI Y32.2 1975) (CSA Z99 1975) Smbolos

grficos para diagramas elctricos y electrnicos (IEEE) ANSI/IEEE Std 315A-1986 (IEEE)

Diagrama de tubera e instrumentacin(DTI P&I)


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86#


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87#

SIMBOLOGA

Contenido de la norma ANSI/ISAS5.1-1984


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88#

1. Propsito.

2. Alcance.3. Definiciones.4. Reglas de identificacin de instrumentos.

5. Tablas.6. Dibujos.

1. Propsito


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89#

Establecer un significado normativo de los

instrumentos y sistemas de instrumentacinutilizados para la medicin y el control,incluyendo smbolos y cdigos de

identificacin.

2. Alcance


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90#

1. Generalidades.

2. Aplicacin a industrias.3. Aplicacin a actividades de trabajo.4. Aplicacin a diferentes tipos de

instrumentacin y a funciones deinstrumentos.5. Extensin de identificaciones funcionales.

6. Extensin de identificaciones de lazos.

Aplicacin a Industrias


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91#

La norma esta disponible para utilizarse en industria qumica,del petrleo, generacin de potencia, acondicionamiento de

aire y cualquier industria de procesos, y se espera que lanorma tenga la suficiente flexibilidad para manejar muchasde las necesidades de algunos campos como la astronoma,navegacin y medicina que utilizan instrumentacin diferentede los instrumentos convencionales de proceso.

Aplicacin a actividades de trabajo


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92#

La norma esta disponible para utilizarse en cualquierreferencia de simbolizacin e identificacin de un instrumento

o de alguna funcin de control. Tales referencias pueden serrequeridas para:

-Diagramas de diseo y construccin,-Literatura, discusiones y artculos tcnicos,-Diagramas de sistemas de instrumentacin, diagramasde lazos y diagramas lgicos,

-Descripciones funcionales,-Diagramas de flujo de: procesos, mecnicos, deingeniera, de tubera e instrumentacin (DTI o P&I),-Especificaciones, ordenes de compra, etc.

Aplicacin a funciones de instrumentos y aclases de instrumentacin


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93#

Los mtodos de identificacin y simbolismos proporcionadospor la norma se aplican a todas las clases de instrumentacin

de control y medicin de procesos.

La norma no solo puede utilizarse para describir instrumentosdigitales y sus funciones, sino tambin para describir lasfunciones analgicas de los sistemas, como por ejemplo:control compartido , control distribuido y control basado encomputadora.

Extensin de identificacin funcional y delazo


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94#

La norma proporciona la identificacin y simbolizacin de lasfunciones clave de un instrumento, es decir, son funciones

generalizadas, as que cuando se requieren detallesadicionales del instrumento, es conveniente recurrir a la hojade especificacin del instrumento o algn otro documentopara cubrir la especificacin detallada.

La norma cubre la identificacin de un instrumento y todoslas funciones de control asociadas con un lazo de control.

3. Definiciones

P it d i i t d l


95/240

95#

Para propsitos de conocimiento de la norma, esconveniente analizar algunas definiciones:

Alarma. Un dispositivo o funcin que seala la existencia deuna condicin anormal por medio de un cambio discretovisible o audible, o ambos, con el fin de llamar la atencin.Automatizacin. Es el acto o mtodo de hacer que unproceso funcione sin la necesidad de la intervencin de unoperador.Banda Muerta. Rango a travs del cual puede variar la seal

de entrada, hacia un dispositivo, sin ste inicie unarespuesta. Generalmente se expresa como un porcentaje delrango de operacin.Binario. Trmino aplicado a una seal que slo tiene dos

estados o posiciones discretas (on-off, alto-bajo, etc).

Definiciones


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96#

Crculo. Smbolo utilizado para denotar e identificar elpropsito o funcin de un instrumento y puede contener unnmero de identificacin (ballon, bubble)Configurable. Trmino aplicado a un dispositivo o sistemaen el que sus caractersticas pueden ser seleccionadas orearregladas a travs de programacin o algn otro mtodo.

Controlador. Un dispositivo que tiene una salida que varapara regular una variable controlada de una maneraespecfica y puede ser un dispositivo analgico o digital. Uncontrolador automtico vara su salida automticamente, en

respuesta a una entrada directa o indirecta de una variablede proceso medida.

Definiciones


97/240

97#

Controlador compartido. Un controlador que contienealgoritmos preprogramados que son usualmente accesibles,configurables y asignables y permite un nmero de variablesde proceso a ser controladas por un solo dispositivo.Controlador Lgico Programable (PLC). Un controlador,usualmente con entradas y salidas mltiples, que contiene un

programa que se puede alterar.Convertidor. Un dispositivo que recibe informacin enalguna forma de seal y transmite una seal de salida enalguna otra forma. El convertidor tambin se le llama

transductor, aunque el trmino transductor no se recomiendautilizarse para conversin de seales.Corrimiento. Cualquier cambio paralelo de la curva deentrada -salida.

Definiciones


98/240

98#

Digital. Trmino aplicado a una seal o dispositivo que utilizadgitos binarios para representar valores continuos o estadosdiscretos.Dispositivo de cmputo. Un dispositivo o funcin queejecuta uno o ms clculos u operaciones lgicas, o ambas,y transmite uno o mas seales de salida resultantes. Es

tambin llamado relevador de cmputo.Elemento Final de Control. Dispositivo que cambia el valorde la variable manipulada directamente de un lazo de control.Elemento Primario. Parte de un instrumento o un lazo, que

detecta el valor de una variable de proceso, o que asume unestado o salida predeterminada. El elemento primario puedeestar separado o integrado con otro elemento funcional de uncircuito, tambin se le conoce como detector o sensor.

Definiciones

E t i d C t l E t i l d t bi


99/240

99#

Estacin de Control. Estacin manual de carga que tambinproporciona la transferencia entre los modos de controlautomtico y manual de un circuito de control. Se conoce

tambin como estacin automtico y manual.Estacin Manual de Carga. Dispositivo que cuenta con unasalida ajustable manualmente que se usa para actuar uno o

ms dispositivos remotos, pero que no puede ser usada paratransferir entre los modos de control automtico y manual deun circuito de control.Error. Es la diferencia algebraica entre la indicacin actual y

el valor verdadero de una magnitud medida. A menudoexpresado como un porcentaje del SPAN O del valor aescala total. Los valores positivos del error denotan laindicacin del instrumento es ms grande que el valor real.

Definiciones


100/240

100#

Exactitud. Lmites dentro de los cuales puede variar el valorestablecido de una propiedad del proceso con respecto a su

valor. Esta se expresa generalmente en un porcentaje de laescala total.Frecuencia Natural. Frecuencia a la cual el sensor, bajocondiciones de carga resonar con algunas fuentes de

frecuencia externa.Funcin. Propsito de o accin realizada por un dispositivo.Histresis. La diferencia en la seal de medicin para un

valor dado de una variable de proceso cuando se alcanzaprimero desde una carga cero y despus desde la escalatotal.

Definiciones


101/240

101#

Identificacin. Secuencia de letras y/o dgitos usados paradesignar un instrumento individual o un circuito.

Instrumento. Dispositivo utilizado para medir y/o controlaruna variable directa o indirectamente. El trmino incluyeelementos primarios, finales, dispositivos de cmputo ydispositivos elctricos como alarmas, interruptores y botones

de paro.Instrumentacin. Es la rama de la ingeniera involucradacon la aplicacin de los instrumentos a un proceso industrial

para medir o controlar alguna variable y es referida a todoslos instrumentos para cumplir este propsito.

Definiciones


102/240

102#

Interruptor. Dispositivo que conecta, desconecta o transfiereuno o ms circuitos, y que no es designado comocontrolador, un revelador o una vlvula de control. EIinterruptor es un dispositivo que (I mide (I la variable y opera(abre o cierra) cuando sta alcanza un valor predeterminado.Lazo. Combinacin de dos o mas instrumentos o funciones

de control arregladas para el propsito de medir y/o controlaruna variable de procesoLinealidad. Se define como la desviacin mxima a partir deuna lnea recta que une el valor de la seal de medicin a

carga cero con la seal de medicin a una carga dada.Local. Localizacin de un instrumento que no esta en eltablero ni atrs del tablero. Los instrumentos locales estncomnmente en la vecindad de un elemento final de control.

Definiciones


103/240

103#

Longitud de Inmersin. Longitud desde el extremo libre delpozo o bulbo al punto de inmersin en el medio al cual se

est midiendo la temperatura.Luz Piloto. Luz que indica un nmero de control normales deun sistema o dispositivo. Tambin se le conoce como luzmonitora.

Medicin. Determinacin de la existencia o magnitud de unavariable. Los instrumentos de medicin incluyen todos losdispositivos usados directa o indirectamente para estepropsito.Modos de Control. Mtodo con el cual un controladorcontrarresta la desviacin de una seal de su punto deajuste.

Definiciones


104/240

104#

Montado en Tablero. Trmino aplicado a un instrumentoque esta montado en el panel frontal del tablero y que es

accesible al operador para su uso normal.Parte posterior del tablero. Trmino aplicado al rea que seencuentra atrs del tablero y que contiene los instrumentosque no es necesario que se encuentren accesibles al

operador para su uso normal.Proceso. Cualquier operacin o secuencia de operacionesque involucre un cambio de estado, de energa, decomposicin, de dimensin de otra propiedad que puede

definirse con respecto a un dato.Programa. Secuencia repetida de acciones que definen elestado de las salidas en relacin a un conjunto de entradas.

Definiciones

Punto de Ajuste (Set -Point SP) magnitud predeterminada


105/240

105#

Punto de Ajuste. (Set -Point, SP) magnitud predeterminadade una variable de proceso que el controlador trata demantener.

Punto de Prueba. Conexin de proceso en la cual no hayinstrumento conectado permanentemente, pero la cual estcolocada para usarse temporal o permanentemente para laconexin futura de un instrumento.Rango. Regin entre cuyos lmites una cantidad se mide,recibe o transmite.Rango de Operacin. (SPAN) Diferencia algebraica entre

los valores de ms bajo y ms alto rango.Rango Compensado de Temperatura. Rango detemperaturas sobre el cual el sensor se compensa paramantener el rango de operacin y el balance del cero dentro

de los lmites es ecificados.

Definiciones


106/240

106#

Rangeabilidad. La relacin entre los valores de ms alto yms bajo rango.

Relevador. Dispositivo que recibe informacin en la forma deuna o ms seales de instrumento, modifica la informacin osu forma o ambas si se requiere, enva una o ms sealesresultantes y no es designado como controlador, interruptor o

algn otro, el trmino relevador se aplica especialmentetambin a un interruptor elctrico que es actuadoremotamente por una seal elctrica.

Reluctancia. Oposicin que presenta una sustanciamagntica al flujo magntico. Se expresa como la relacin dela diferencia de potencial magntico, al flujo correspondiente.

Definiciones

Repetibilidad La capacidad de un instrumento de generar


107/240

107#

Repetibilidad. La capacidad de un instrumento de generaruna seal de medicin cuya magnitud permanecer dentrode los lmites establecidos de repetibilidad bajo idnticascondiciones de proceso sucediendo en tiempos diferentes.Resolucin. El cambio ms pequeo en la variable deproceso que produce un cambio detectable en la seal de

medicin expresado en porcentaje de la escala total.Respuesta. Comportamiento de la salida de un dispositivocomo funcin de la entrada, ambos con respecto al tiempo.Reproducibilidad. La exactitud con que un a medicin y otra

condicin puede ser duplicada a travs de un periodo detiempo.Ruido. Perturbaciones externas o cualquier otra seal queno aporta informacin.

Definiciones

Si t d t l di t ib id U i t i t d


108/240

108#

Sistema de control distribuido. Un sistema integradofuncionalmente que consiste de subsistemas separados

fsicamente y localizados remotamente uno de otro.Sensitividad. (Sensibilidad) La razn de cambio en la salidacausada por un cambio en la entrada, despus que se haalcanzado el estado estacionario. Se expresa como la

relacin numrica en unidades de medicin de las doscantidades establecidas.Seal. Informacin que en forma neumtica, elctrica, digitalo mecnica, se transmite de un componente de un circuito de

instrumentacin a otro.Tablero. Una estructura que contiene un grupo deinstrumentos montados en l y al cual se le da una

designacin individual. Pueden consistir de una o ms

Definiciones

ill i it i l E l t d


109/240

109#

casillas, secciones escritorios o paneles. Es el punto deinterfase entre el proceso y el operador.Telemetra. La prctica de transmitir y recibir la medicin deuna variable para lectura u otros. El trmino se aplicacomnmente a sistemas de seal.Termistor. Resistor elctrico cuya resistencia varia con la

temperatura.Tiempo de Respuesta. Intervalo de tiempo requerido paraque la seal de "-~ medicin de un detector alcance unporcentaje especifico de su valor final como

resultado de un cambio de escaln en la variable de proceso.Tiempo Muerto. Intervalo de tiempo entre la iniciacin de uncambio en la entrada y el comienzo de la respuesta

resultante.

Definiciones

Transmisor Dispositivo que detecta el valor de una variable


110/240

110#

Transmisor. Dispositivo que detecta el valor de una variablede proceso por medio de un elemento primario (o sensor) yque tiene una salida cuyo valor de estado estacionario variaslo como una funcin predeterminada de la variable deproceso. Elemento primario puede o no ser integral altransmisor.

Vlvula de Control. Elemento final de control, a travs delcual, un fluido pasa, que ajusta la magnitud del flujo de dichomediante cambios en el tamao de su abertura y de acuerdocon la seal que recibe del controlador, y as lograr la accin

correctiva necesaria.Variable. Cualquier fenmeno que no es de estadonecesario sino que involucra condiciones continuamentecambiantes.

Reglas para la identificacin deinstrumentos

a) Cada instrumento o funcin a ser identificado se le


111/240

111#

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.

c) Cada instrumento puede representarse en un diagramapor un smbolo que puede acompaarse con una

identificacin.

IDENTIFICACINFUNCIONAL

NMERO DELINSTRUMENTO



112/240

112#

d) La identificacin funcional del instrumento consiste deletras de acuerdo a la tabla, en donde la primer letra designa

la variable inicial o medida y una o mas letras subsecuentesidentifican la funcin del instrumento.

TIC

VARIABLE MEDIDA(Temperatura)

FUNCIN(Indicador Controlador)


113/240

113#

Identificacin de

instrumentos

Combinaciones en la identificacin


114/240

114#


) L id tifi i f i l d l i t t li d


115/240

115#

e) La identificacin funcional del instrumento se realiza deacuerdo a la funcin y no a la construccin (por ejemplo, un

transmisor 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.

g) Un instrumento multifuncional puede ser simbolizado por

ms de un instrumento.

Notas para la identificacin deinstrumentos

1 P b i l d i i li d


116/240

116#

1. Para cubrir las designaciones no normalizadas quepueden emplearse repetidamente en un proyecto se han

previsto letras libres. Estas letras pueden tener unsignificado como primera letra y otro como letra sucesiva.Por ejemplo, la letra N puede representar como primeraletra el modelo de elasticidad y como sucesiva un

osciloscopio.

2.La letra sin clasificar X, puede emplearse en las

designaciones no indicadas que se utilizan solo una vez oun numero limitado de veces. Se recomienda que susignificado figura en el exterior del circulo de identificacindel instrumento. Ejemplo XR-3 Registrador de Vibracin.


3 C l i l t i tili l l t d


117/240

117#

3. Cualquier letra primera se utiliza con las letras demodificacin D (diferencial), F (relacin) o Q

(interpretacin) o cualquier combinacin de las mismascambia su significado para representar una nueva variablemedida. Por ejemplo, los instrumentos TDI y TI miden dosvariables distintas, la temperatura diferencial y la

temperatura, respectivamente.

4.La letra A para anlisis, abarca todos los anlisis no

indicados en la tabla anterior que no estn cubiertos poruna letra libre. Es conveniente definir el tipo de anlisis allado del smbolo en el diagrama de proceso.


5.El empleo de la letra U como multivariable en lugar debi i d i l i l


118/240

118#

una combinacin de primera letra, es opcional.

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

7.El termino seguridad, debe aplicarse solo a elementosprimarios y a elementos finales de control que protejancontra condiciones de emergencia (peligrosas para elequipo o el personal). La designacin PSV se aplica a

todas las vlvulas proyectadas para proteger contracondiciones de emergencia de presin sin tener en cuentalas caractersticas de la vlvula y la forma de trabajo lacolocan en la categora de vlvula de seguridad, vlvula de

alivio o vlvula de se uridad de alivio.


8.La letra de funcin pasiva vidrio, se aplica a los


119/240

119#

8.La letra de funcin pasiva vidrio, se aplica a losinstrumentos que proporciona una visin directa no

calibrada del proceso.9.La letra indicacin se refiere a la lectura de una medidareal de proceso, No se aplica a la escala de ajuste manual

de la variable si no hay indicacin de sta.

10.Una luz piloto que es parte de un bucle de control debedesignarse por una primera letra seguida de la letra

sucesiva I.11.El empleo de la letra U como multifuncin en lugar deuna combinacin de otras letras es opcional.


12 Se supone que las funciones asociadas con el uso de la


120/240

120#

12.Se supone que las funciones asociadas con el uso de laletra sucesiva Y se definirn en el exterior del smbolo del

instrumento cuando sea conveniente hacerlo as.

13.Los trminos alto, bajo y medio o intermedio debencorresponder a valores de la variable medida, no a los de

la seal a menos que se indique de otro modo. Porejemplo, una alarma de nivel alto derivada de una seal deun transmisor de nivel de accin inversa debe designarse

LAH incluso aunque la alarma sea actuada cuando la sealcae a un valor bajo.


14 Los trminos alto y bajo cuando se aplican a vlvulas


121/240

121#

14.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 posicinde apertura completa.

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

Ejercicio 1

Efectuar la identificacin funcional de los siguientes


122/240

122#

Efectuar la identificacin funcional de los siguientesinstrumentos:

a) LICb) PYc) FV

d) FQIe) WTf) TE

g) AICh) SRi) TAHH

j) LSL

Ejercicio 2

Indicar los cdigos alfanumricos de los siguientes


123/240

123#

Indicar los cdigos alfanumricos de los siguientesinstrumentos:

a) Registrador de temperaturab) Convertidor electroneumtico de presinc) Interruptor por bajo nivel de flujo

d) Totalizador de flujoe) Indicador de velocidadf) Termopozo de temperatura

g) Controlador de presinh) Vlvula de control de anlisisi) Alarma por muy alta presin

j) Relevador de presin

Tips para numeracin de instrumentos

Utilizar un nmero bsico si el proyecto es pequeo y no hay nmerosde rea unidad o planta:


124/240

124#

de rea, unidad o planta:

Nmero bsico FT-2 o FT-02 o FT-002

Si el proyecto tiene pocas reas, unidades o plantas (9 o menos),utilizar el primer dgito del nmero de la planta como el tag:

FT-102 (1 = nmero de rea, unidad, o planta)

Si el proyecto es divido en reas, unidades o plantas:

FT-102 FT-1102

FT-111002

Algunos proyectos utilizan una secuencia numrica para cada variable deproceso:

FIC 001 FIC 002 FIC 003 etc



125/240

125#

FIC-001, FIC-002, FIC-003, etc. LIC-001, LIC-002, LIC-003, etc.

PIC-001, PIC-002, etc.

Algunos proyectos predeterminan bloques de nmeros: Para indicadores, PI-100 a 300 o TI-301 a 400 Para dispositivos de seguridad, PSV-900 a 999

Algunos proyectos utilizan una secuencia numrica recta:

FT-1, FIC-1, FV-1



126/240

126#

LT-2, LIC-2, LV-2

FT-3, FR-3

La mayora de los proyectos utilizan los sufijos A y B si dos instrumentos en elmismo lazo tienen identificaciones idnticas:

PV-006A, PV-006B

Smbolos generales de instrumentos

LOCALIZACINPRIMARIA

*** NORMALMENTEACCESIBLE AL

MONTADOEN CAMPO

LOCALIZACINAUXILIAR

*** NORMALMENTEACCESIBLE AL


127/240

127#

ACCESIBLE ALOPERADOR

ACCESIBLE ALOPERADOR

INSTRUMENTOSDISCRETOS

MONITOREO COMPARTIDO

CONTROL COMPARTIDO

FUNCINDE COMPUTO

CONTROL LGICOPROGRAMABLE

1 2 3

4 5 6

7 8 9

10 11 12

Smbolos de instrumentos

SUMINISTROSSA S i i t d i LI


128/240

128#

LOCALIZACINPP En lnea de proceso

LO En campo, localPNB En tablero principal de controlBPNB Parte posterior del tableroPNBL En tablero de control local

SA Suministro de aireSE Suministro elctricoSG Suministro de gasSH Suministro hidrulicoSN Suministro de nitrgeno

SS Suministro de vaporSW Suministro de agua

LI

2702

SA

Bloques de funciones de instrumentos


129/240

129#

Simbologa de lneas en los diagramas

(1) SUMINISTRO A PROCESO *O CONEXIN A PROCESO

(2) SEAL NO DEFINIDA


130/240

130#

(3) SEAL NEUMTICA **

(4) SEAL ELCTRICA

(5) SEAL HIDRALICA

(6) TUBO CAPILAR

(7) SEAL SNICA O ELECTROMAGNTICA

(GUADA)***

(8) SEAL SNICA O ELECTROMAGNTICA(NO GUADA)***

(9) LNEA DE SISTEMA INTERNO (LNEA DEDATOS O DE SOFTWARE)

(10) LINEA MECNICA

(11) SEAL NEUMTICA BINARIA

(12) SEAL BINARIA ELCTRICA

SMBOLOS BINARIOS OPCIONALES

Simbologa de vlvulas


131/240

131#

Accin del actuador a falla de energa


132/240

132#

ABRE A FALLA CIERRA A FALLACIERRA A FALLA

A VA A-C

ABRE A FALLAVAS A-C Y D-B

SE BLOQUEA A FALLA(LA POSICIN NO CAMBIA)

POSICIN INDETERMINADAA FALLA

Ejemplos de


133/240

133#

Ejemplos de

simbologa deelementosprimarios de

flujo


134/240

134#

Ejemplos derelevadoresde cmputo

Diagrama esquemtico


135/240

135#

Diagrama esquemtico


136/240

136#

Diagramas de lazo y el ndice de instrumentos

Aunque los DTIs son muy importantes, no contienen todala informacin necesaria Los documentos bsicos que


137/240

137#

la informacin necesaria. Los documentos bsicos quecomplementan la informacin del DTI son:

- Diagramas funcionales de instrumentacin o diagramasde lazo.

- Indice de instrumentos.

Diagrama funcional de instrumentacin o delazo

Es un diagrama que muestra todos los dispositivos en unlazo especfico utilizando la simbologa que identifica lasi t i i l id tifi i d


138/240

138#

interconexiones, e incluye nmero e identificacin de

conexiones, tipo de cables y tamaos, tipos de seal, etc.La mayora de la gente considera que el diagrama funcionalde instrumentacin es el documento ms importante para

un instrumentista.Siempre que se requiera la localizacin de fallas, eldiagrama funcional de instrumentacin es un documento

muy valioso, ya que contiene suficiente informacin paracombrobar o verificar averas en ese lazo, ya que no slocontiene el diagrama de cableado, sino que muestra todoslos dispositivos conectados a ese lazo.

Usos Diseo

Construccin

Tipos Neumtico

Electrnico

Diagrama funcional de instrumentacin o delazo


139/240

139#

Puesta en marcha

Operacin Mantenimiento

Modificaciones

Despelgados compartidos

Ejemplos de diagramas funcionales deinstrumentacin

CTB 1CableCable-3B

JB30

JB40

rea de proceso en campo rea de cableado Gabinete Consola

Cable -4A

Setpoint


140/240

140#

FIC

301J100

J110

A8

A9

51

XJA11

12

13

1

2

3

+

-

FE

301

FT

301

A8

A9UJA

14

15

6

7

+

-

FV301 FY

301

O S

AS 20 PSIG

CTB 2

50-1-1

Cable

50-1-2

PR-14

PR-15

PR-1

PR-2

Shield BendBack & Tape

Shield BendBack & Tape

Indice de instrumentos

El ndice de Instrumentos es una lista alfanumrica detodos los instrumentos que se muestran en el DTI,


141/240

141#

q ,proporcionando los datos para la instalacin, la puesta enmarcha, el mantenimiento y las modificaciones.

Los datos incluidos en el ndice de instrumentos vara ydepende de la complejidad de la instrumentacin de las

plantas.Bsicamente el ndice de instrumentos debe incluir el tag,la descripcin, la localizacin fsica, la referencia cruzada

con otros documentos asociados o dibujos. El ndice deinstrumentos es una herramienta muy til para proyectosfuturos si es actualizada.

Indice de instrumentos tpico


142/240

142#

Indice de instrumentos tpico

Tag # Desc. DTI # UltimaCalib.

Calib.por

Fecha Cal.esperada

Rangode Calib.

Peligros

LI-50 VS. 50 H2s 103 Aug 01 AWS Aug 02 0-75 H2S


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143#

H2O

LAL-50 VS. 50 H2S Alarmaen nivel bajo 103 Aug 01 AWS Aug 02 10H2O H2S

LSLL-50

VS. 50 H2S Switchen nivel bajo

103 Aug 01 AWS Aug 02 5H2O H2S

LT-100 VS. 100 - K.O. Drum 103 May 02 DAL Nov 02 0-125H2O

LI-100 VS. 100 - K.O. Drum 103 May 02 DAL Nov 02 0-100% --

LT-201 VS. 201 Columna dedestilacin

205 Nov 02 BJP Feb 03 0-164H2O

N2 Blanket

LIC-201 VS. 201 Columna dedestilacin

205 Nov 02 BJP Feb 03 0-100%

INSTRUMENTACIINSTRUMENTACINN


144/240

144

Standards

Certification


Publishing


BBSICA DE PROCESOSSICA DE PROCESOSINDUSTRIALESINDUSTRIALES

CAPCAPTULO 3TULO 3

MEDICIMEDICIN DE TEMPERATURAN DE TEMPERATURA

M. en C. Armando Morales Snchez16, 17 y 18 de mayo del 2007

El Lazo de control

PERTURBACIONES

d(t)


145/240

145#

ELEMENTOFINAL DECONTROL

PROCESOELEMENTOPRIMARIO

DE MEDICION

CONVERTIDOR OTRANSDUCTOR TRANSMISOR

PUNTO DE AJUSTE

VARIABLE

CONTROLADA

VARIABLE

MANIPULADA

CONTROLADOR

m(t)

c(t)

e(t)=R(t)-c(t)

R(t)

Elemento primario de medicin

El elemento primario de medicin, detector o sensor es uninstrumento, que puede formar parte de un lazo de control,

i d t t l l d l i bl d


146/240

146#

que primero detecta o sensa el valor de la variable de

proceso y que asume un estado o salida legible,correspondiente y predeterminado.

Contempla generalmente dos partes: un sensor o elementoprimario de medicin que mide la variable controlada c(t), ala que se llamar ms adelante como variable de procesoPV, y la transforma a un tipo diferente de energa.

Elemento primario de medicin

Las seales elctricas estndar manejadas son: 4-20mA.C.D., 0-5 V.C.D. y 0-10 V.C.D. As por ejemplo, si sedesea medir una temperatura de 0-700oC, la seal de 4


147/240

147#

desea medir una temperatura de 0 700 C, la seal de 4

mA. corresponder a 0o

C. y la seal de 20 mA.corresponder a 700oC.

La razn bsica de la seal estndar es utilizar

solamente un solo tipo de controlador universal que seaplique a cualquier variable de proceso (temperatura,flujo, nivel, presin, peso, densidad, conductividad, etc.).

En algunos casos, el elemento primario de medicin y eltransmisor vienen en un solo instrumento, como es elcaso de los transmisores de presin.

El Controlador

Su funcin es fijar la variable controlada c(t) en un valord d R(t) id t d j t t


148/240

148#

deseado R(t), conocido como punto de ajuste o set

point, mediante la manipulacin de su salida o variablemanipulada m(t) a travs de un actuador que interactadirectamente en el proceso. Este controlador en su

entrada y salida maneja tambin seales elctricasestndar e incluyen internamente el comparador ogenerador de la seal de error.

El Elemento Final de Control

Convierte la seal estndar recibida por el controlador enuna seal adecuada para interactuar con el proceso y as


149/240

149#

una seal adecuada para interactuar con el proceso y as

modificar o mantener el valor de la variable controlada.Normalmente contempla dos partes: un transductor y unelemento final de control. Por ejemplo, si el elemento finalutilizado es una vlvula de control, se requiere un

transductor que convierta la seal elctrica de 4-20mA.C.D. en una seal de aire con una presin de 3-15PSIG (lb/pulg2).

Medicin de temperatura

" La Temperatura es una manifestacin del promedio deenerga cintica, ondulatoria y de traslacin de las

molculas de una sustancia"


150/240

150#

molculas de una sustancia .

Las unidades de temperatura son establecidas en cincoescalas arbitrarias: escala Farenheit F, escala CentigradaC, escala Kelvin K, escala Rankine R y escala ReamurR

La conversin ms comn es de C a F.

C= (F-32)/1.8F=1.8 C +32

Escalas de temperatura

Escala CeroAbsoluto

Fusin delHielo

Evaporacin

K l i 0K 273 2K 373 2K


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151#

Kelvin 0K 273.2K 373.2K

Rankine 0R 491.7R 671.7R

Reamur -218.5Re 0Re 80.0Re

Centgrada -273.2C 0C 100.0C

Fahrenheit -459.7F 32F 212.0F

Escalas de Temperatura: Ms comunes

Fahrenheit El agua se congela a 32F, y hierve a 212F

A nivel del mar


152/240

152#

Celsius (centigrados antes de 1948) El agua se congela a 0C, hierve a 100C A nivel del mar

F= (C x 1.8) + 32

C= 5/9 (F -32)

Escalas de Temperature: Absolutas

Escala-Kelvin Termodinamica El movimiento molecular se detiene a 0K

El agua se congela a 273.15K, hierve a 373.15K


153/240

153#

K=C + 273.15 Las unidades grados tienen el mismo tamao que la escala enCelsius

Escala de temperatura Internacional de 1990

Rankine: El paralela a la escala termodinmica pero en unidades gradostiene el mismo tamao que en la escala Fahrenheit

R=F + 459.64

Uso de la medicin de temperatura

La deteccin, medicin y control de temperatura en procesosindustriales es deseada en los siguientes casos:

E i i l t f i


154/240

154#

-En operaciones que involucran transferenciade calor, como los intercambiadores de calor,hornos, rehervidores, evaporadores ocalderas.

- Control de reacciones qumicas sensibles ala temperatura.

- Operacin de equipos, como torres dedestilacin, tanques de almacenamiento,torres de enfriamiento, mezcladores,cristalizadores, etc.

Uso de la medicin de temperatura

- Monitoreo del funcionamiento de equipo rotatorio, paraprevenir calentamiento, como turbinas, compresores,bombas y motores en general


155/240

155#

bombas y motores en general.

- Control de temperatura de productos y lmites de planta.

Medicin inferencial de temperatura

Los instrumentos de temperatura utilizan diversos fenmenosque son influidos por la temperatura:


156/240

156#

a) Variaciones en volumen o en estado de los cuerpos(Termmetros de vidrio y bimetlicos, sistemas termales);

b) Variacin de resistencia de un conductor (Bulbos deresistencia RTD, termistores);

c) Generacin de una f.e.m. creada en la unin de dosmetales distintos (termopares);

d) Intensidad de la radiacin total emitida por el cuerpo

(pirmetros de radiacin);e) Otros fenmenos utilizados en laboratorio (velocidad delsonido en un gas, frecuencia de resonancia de un cristal,etc.)

Termmetros

TERMMETROS


157/240

157#

DE VIDRIO BIMTALICOS

CLNICOS INDUSTRIALES

Termmetros de vidrio

El termmetro de lquido encerrado son los ms familiares yconstan de un depsito de vidrio que contiene, por ejemplo,mercurio y que al calentarse se expande y aumenta su volumenen el tubo capilar


158/240

158#

en el tubo capilar.

Su bulbo, relativamente grande en la parte ms baja deltermmetro, contiene la mayor cantidad del lquido, el cual se

expande cuando se calienta y sube por el tubo capilar en elcual se encuentra grabada una escala apropiada con marcas.Los lquidos ms usados son alcohol y mercurio.

El mercurio no puede usarse debajo de su punto decongelacin de -38.78F (-37.8C) y por arriba de su punto deebullicin a 357 oC, con la ventaja de ser porttil.

Termmetros de vidrio

El alcohol tiene un coeficiente de expansin ms alto que el delmercurio pero esta limitado a mediciones de baja temperatura,hasta -110 oC, debido a que tiende a hervir a temperaturas

o


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159#

Mercurio...........................................................-35 hasta +280 C

Mercurio (tubo capilar lleno de gas).................-35 hasta+450 CPentano...........................................................-200 hasta +20 CAlcohol............................................................-110 hasta +50CTolueno.......................................................... -70 hasta +100C

altas, su punto de ebullicin es a 78o

C.

Termmetro bimetlico

Los termmetros bimetlicos se basan en el coeficiente dedilatacin de dos metales diferentes, tales como latn, monel oacero y una aleacin de ferronquel o Invar laminados


160/240

160#

conjuntamente. La diferencia en la relacin de coeficiente deexpansin de cada metal provoca que el elemento bimetlico se doble.Las lminas bimetlicas van unidas y pueden ser rectas ocurvas, formando espirales o hlices.

Termmetro bimetlico

Cuando se unen los dos metales y enredados en espiral, la expansinprovoca que el lado libre rote. Este es un instrumento relativamentebarato, pero es inexacto y lento en relacin a su respuesta.


161/240

161#

Fixed End

Free End Attachedto Pointer Shaft

Rotating Shaft

Bulb

5 6 78

9

10

432

1

0

Bulbo

Extremo fijo

Extremo libreconectado aleje del indicador

Eje giratorio

FREE END

FIXED END

HIGHEXPANSIONCOEFFICIENT

LOWEXPANSIONCOEFFICIENT

FREE END

FIXED END

EXTREMO LIBRE

EXTREMO FIJOEXTREMO FIJO

EXTREMO LIBRE

ALTOCOEFICIENTEDE EXPANSIN

BAJOCOEFICIENTEDE EXPANSIN

Termmetro bimetlico

Este instrumento contiene pocas partes mviles, slo la agujaindicadora sujeta al extremo libre de la espiral o de la hlice y elpropio elemento bimetlico. El eje y el elemento estn sostenidos con


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162#

cojinetes y el conjunto est construido con precisin para evitarrozamientos. La precisin del instrumento es de 1% y su campo demedida (rango) es de 200 a +500 C.Este instrumento es el indicador local de temperatura mascomnmente utilizado.

Sistemas Termales

Este es uno de los mtodos ms antiguos utilizados paraindicacin local, registro y control y actualmente su uso se limitaa transmisores, sobretodo en lazos neumticos. Bsicamente


163/240

163#

es un medidor de presin que consiste de:

- Un bulbo sensitivo, inmerso en el medio a medir.

- Un tubo capilar conectado del bulbo al dispositivo de lecturapara que cuando la temperatura del bulbo cambia, el gas o ellquido en el bulbo se expanden y la espiral tiende adesenrollarse moviendo,

- Un dispositivo indicadoractuado por presin para efectuar laindicacin de temperatura.

Mecanismo del sistema termal

bulbo

Dispositivoindicador


164/240

164#

capilar


165/240

Compensacin del sistema


166/240

166#

Clasificacin del sistema termal

De acuerdo a la Asociacin de Fabricantes de AparatosElctricos (SAMA) existen cuatro grupos de acuerdo alfluido de llenado y al rango:


167/240

167#

- Clase I Llenado con lquidos (cambios de volumen)- Clase II Lle

instrumentacion basica de procesos industrtiales isa_parte1[1]

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