Por Yuri GalloAbril 2016

INSTRUMENTACION EN LA INGENIERIA MECANICA

INGENIERIA EN PROYECTOS DE PLANTAS INDUSTRIALES

Ingeniería mecánicaRama de la ingeniería que aplica, específicamente, los principios de

la termodinámica, la mecánica, la mecánica de fluidos y el análisis estructural, para

el diseño y análisis de diversos elementos usados en la actualidad, tales

como maquinaria con diversos fines (térmicos, hidráulicos, de transporte, de

manufactura), así como también de sistemas de ventilación, vehículos motorizados

terrestres, aéreos y marítimos, entre otras aplicaciones.

Definiciones

Fuente: Wikipedia

Solución 3

Solución 1

Solución 2

Problema

Aspectos Técnicos

Aspectos Económicos

TecnologíaCienciasMatemáticasRiesgo

Costos operativosCosto de inversiónTolerancia al riesgo

Mejor Solución Técnico-

económica

Ingeniería Mecánica

PUCP

Energía

Diseño

Procesos de Manufactura

Electricidad

Metalurgia

Instrumentación y Control

Ingeniería Mecánica – Visión por Especialidades

Ingeniería Mecánica – Visión del Mercado para Plantas Industriales

Mercado Laboral

Ventas Técnicas

Mantenimiento

Diseño de Ingeniería

Manufactura

Construcción

Servicios Técnicos

Diseño de Plantas Industriales

Diseño de Plantas Industriales por Disciplinas de Ingeniería

Diseño de Procesos

Arreglos de Planta

Diseño Civil

Diseño Concreto

Diseño Estructuras

Diseño Mecánico

Diseño Tuberías

Diseño Eléctrico

Control de Proceso

Instrumentación

Como se ve esto en la realidad?

Ingeniería de Proyectos

PLC

Junction Box

Ingeniería: del Concepto al Detalle

Ingeniería Básica

Planos y documentos

actualizados según como

se hizo la construcción

Entrega de documentos

al cliente

Ingeniería de Detalle

Construcción y Comisionado

Ingeniería de campo

DocumentosAs Built

Turn Over PackagePlanos de modificaciones de campoPreguntas tecnicasPlanos en “línea roja”

Ingeniería

Documentos técnicos finales suficientes para compra, fabricación y construcción

Desarrollo de solución inicial

Estudio Conceptual

Requerimiento

Inicial

NO

Existen soluciones tecnológicas

SI

Investigación y desarrollo

Definir el problema

ParametrizaciónAlcances

Generación y selección de alternativas tecnológicas Ingeniería conceptualEstimación de InversiónRiesgosNO

SIAgrega valor

Ahorro en CostosSeguridadMedio Ambiente

Fin

Justificación

EconómicamenteAtractivo?

SIEstudio de Pre-

Factibilidad

NO

Fin

Estudio de Factibilidad

EconómicamenteAtractivo?

SI

NO

Fin

Detalle de alternativasPlanos básicosMetrado ReferencialAnálisis Técnico/económico de alternativasDefinir caso de negocio

Detalle de caso de negocioPlanos GeneralesCotizaciones de equiposMetrado básicoAnálisis técnico/económico de alternativas

Aprobación de Proyecto

EconómicamenteAtractivo?

SI

NOFin

IDEN

TIFI

CA

CIO

ND

ESA

RR

OLL

O D

E P

RO

YEC

TOEJ

ECU

CIO

N

Diagrama de Bloques

Procesos TuberíasEstructurasCivilArquitectura InstrumentaciónElectricidadMecánica

Diagrama de flujo de Proceso

(PFD)

Balance de masa y energía

Criterio de diseño de Proceso

Planos Plot Plan

Planos Vistas, secciones, detalles

Lista de equipos

Planos Arreglos Generales

Criterios de Diseño

Especificación Técnica equipo

Diagramas de flujo mecánicos

Planos diseño de equipos

Metrados Calderería

Hojas de cálculo

Reportes de pruebas

Entregables de Ingeniería

Diagrama de Instrumentación y

Tuberías P&ID

Listado de Instrumentos

Hojas de Datos de Instrumentos

Diagramas de Lazo

Listado I/O

Diagrama Control

Filosofía de Control

Criterio de diseño

Especificación Técnica equipos

Planos Ubicación de Instrumentos

Diagrama de pantallas de

control

Planos de preparación de

terreno

Planos caminos y carreteras

Arreglo general Fundaciones

Planos Vistas, sección, detalle,

fundaciones

Metrados mov. Tierras, concreto,

acero

Hojas de cálculo

Especificación Técnica

Materiales

Criterios de diseño

Reporte estudio de Suelos

Diagrama de Red informática

Estudios Trade-Off

Planos Estándares Planos Estándares

Planos Estándares

Planos Arreglo General

Diagramas de columna y vigas

Planos Vistas, sección, detalle,

Estructuras

Metrados acero

Hojas de calculo

Especificación Técnica materiales

Criterios de diseño

Planos Estándares

Especificación Técnica

construcción

Especificación Técnica montaje,

Planos Arreglo General

Diagramas Esquemáticos

Lista de equipos

Diagramas Unifilares

Criterios de Diseño

Especificación Técnica equipo

Diagramas de Iluminación

Diagramas de fuerza y control

Metrados Electricos

Hojas de calculo

Planos Estándares

Lista de Cargas

Lista de Cables

Especific. Téc. Montaje, pruebas

Diagramas de Aterramiento

Metrados Cables y accesorios

Lista de Tie-ins

Planos Plot Plan Tuberías

Planos Vistas, secciones,

detalles

Lista de Líneas

Planos Arreglos Generales

Criterios de Diseño

Especificación Técnica equipos

Diagramas de Tuberías

Diagramas Hidráulicos, Neumáticos

Metrados Tuberías y accesorios

Hojas de cálculo

Planos Estándares

Lista de Tie-ins

Especificación Técnica Material

Especificación Técnica Montaje

Lista de Tie-ins

Planos de Fabricación

Planos de Fabricación

Planos Isométricos

Planos Vistas, secciones, detalles

Lista de Puertas ventanas, accesorios

Planos Arreglos Generales

Criterios de Diseño

Especificación Técnica

Construcción

Metrados Arquitectura

Planos EstándaresPlanos Estándares

Hoja de CálculosDiagrama Lógico

Ingeniería: Modelamiento 3D

PIPING AND INSTRUMENTATION DIAGRAMS (P&ID)SIMBOLOGIA Y NOMENCLATURA

LT127

LI127

CP-2

TANQUE N°1

LI127

LAHL

LSHL127

DCS

Elemento final de control

(válvula)

Variable

de proceso

Sensor

indicador

Controlador

(operario)Señal

(vista)

CONTROL MANUAL

Flujo de Agua

Lazo de Control Automático

Elemento final de control

(válvula automática)Elemento sensor

(placa orificio)

Controlador

Señal de

proceso

Transmisor/

Transductor

Señal de control

Variable

de proceso

Por que hacer Control Automático?

• Aumento de eficiencia del proceso por efecto de disminución de

pérdidas y mermas

• Control continuo por parte de los instrumentos que permite aliviar, en

parte, el trabajo de los operadores.

• Mayor confiabilidad en el funcionamiento de la planta.

• Establecimiento de enclavamientos que protejan la producción ante

una parada de emergencia por efecto de falla de algún equipo

principal de la planta.

Control Actuador

Instrumento de medición

(Sensor)

Proceso+-

Referencia(Set Point)

Perturbaciones

Variable de

Proceso

Señal de

Control

Variable de

Control

Señal de Proceso

Julio… creo que nuestro sistema de lanzamiento necesita actualizarse y también un mejor sistema de control

Nivel de Gestión

Nivel de Supervisión

Nivel de Control

Nivel de Instrumentación de

Campo

Jerarquía de los Sistemas de Control Industrial

PROCESO

Página 19 de 37

Vapor

PetróleoT1

Intercambiador de Calor

PetróleoT2

Condensado

• Transferencia de calor del vapor hacia el petróleo es perfecta.

• No existen variaciones en las propiedades del vapor.

• No existen variaciones en el flujo y la presión del petróleo.

Consideraciones

• Medir la temperatura del petróleo que sale del intercambiador.

• Si esta temperatura esta por debajo o por encima del valor deseado abrir

o cerrar la válvula de entrada de vapor al intercambiador.

Filosofía de Control

Para poder calentar el petróleo en el rango de temperatura deseado,

se requiere:

Ejemplo de lazo de control

Se quiere mantener el

petróleo caliente

Página 20 de 37

Vapor

PetróleoT1

Intercambiador de Calor

PetróleoT2

Condensado

TC

TT

SISTEMA DE CONTROL

Lo que se puede medir se puede controlar…

LINEA DE PROCESO OTUBERIA

SEÑAL NEUMATICA

SEÑAL ELECTRICA

X X X TUBO CAPILAR (TUBING)

L L L SEÑAL HIDRAULICA

ENLACE INTERNO DE SISTEMASEÑAL SOFTWARE, ENLACE DEDATOS, RED DE INFORMACION

RADIACION O SEÑAL SONICA

SIMBOLO DESCRIPCION

FUNCIONALARMA

FUNCION DE CONTROL DIS-TRIBUIDO CON UNIDAD DEALARMA INTEGRAL PUESTAA UN VALOR ESPECIFICO

SIMBOLOS DE INSTRUMENTACION

XYZ

NNNN

INGLES ESPAÑOL

AL ALARM LOW ALARMA DE BAJAAH ALARM HIGH ALARMA DE ALTAAHH ALARM HIGH HIGH ALARMA DE MUY ALTA AHL ALARM, HIGH-LOW ALARMA ALTA - BAJAC CONTROLLER BLIND CONTROLADOR CIEGOIC CONTROLLER, INDICATING CONTROLADOR INDICADORRC CONTROLLER, RECORDER CONTROLADOR REGISTRADORE ELEMENT ELEMENTO PRIMARIOI INDICATOR INDICADORQI INTEGRATOR, TOTALIZER INTEGRADOR, TOTALIZADORR RECORDER REGISTRADORS SWITCH INTERRUPTORSH SWITCH HIGH INTERRUPTOR DE ALTASL SWITCH LOW INTERRUPTOR DE BAJAT TRANSMITTER TRANSMISORIT TRANSMITTER, INDICATING TRANSMISOR INDICADORL LIGHT LUZ DE ESTADOV CONTROL VALVE VALVULACV REGULATOR VALVULA REGULADORAEV SOLENOID VALVE VALVULA SOLENOIDESV SAFETY, RELIEF VALVE VALVULA DE SEGURIDAD O ALIVIOY RELAY RELEZ FINAL ELEMENT ELEMENTO FINAL DE CONTROL

LETRA SIGNIFICADO

YZ

A ANALYSIS ANALISISC CONDUCTIVITY CONDUCTIVIDADD DENSITY DENSIDADE VOLTAGE VOLTAJEF FLOW FLUJOH HAND MANUALI CURRENT CORRIENTEJ POWER POTENCIAK TIME TIEMPOL LEVEL NIVELM MOISTURE HUMEDADN VIBRATION VIBRACIONO TORQUE TORQUEP PRESSURE PRESIONQ QUANTITY CANTIDADR RADIATION RADIACIONS SPEED VELOCIDADT TEMPERATURE TEMPERATURAV VISCOSITY VISCOSIDADW WEIGHT PESOZ POSITION POSICION

LETRA SIGNIFICADO

INGLES ESPAÑOL

X

CODIGO QUE INDICA EL TIPO DE INSTRUMENTOCODIGO DE UBICACION DEL INSTRUMENTOSIMBOLO

NOMENCLATURA DE INSTRUMENTOS

IDENTIFICACION DE TUBERIAS

Indica: 3121 WBS Stockpile feed conveyor,Numero de linea: 1234,Material CA1: Carbon SteelTipo de fluido: WPR (Agua de Proceso)Diámetro nominal: 25 mmAislamiento: PPHeat Tracing: ET

SIMBOLOS DE TUBERIAS

SIMBOLOS DE VALVULAS

SIMBOLOS DE TUBERIAS

SIMBOLOS DE ACTUADORES

SIMBOLOGIA DE EQUIPOS

CUERPO DEVALVULA

• GLOBO• MARIPOSA• ROTATIVA

ACTUADOR

• NEUMATICO• PISTON• ELECTRICO

TRANSDUCTOR CORRIENTE / PRESION(ELECTROPOSICIONADOR)

VALVULA AUTOMATICA

APLICACIONES DE VALVULAS

CASO

VALVULA REGULADORADE FLUJO PARA CONTROL

DE PRESION DE LINEA

A/S

4-20 mA

CASO

VALVULA REGULADORADE FLUJO PARA CONTROL

DE NIVEL DE TANQUE

IP

PY40203

PV40203

IP

LY40204

LV40204

A/S

4-20 mA

CASO

VALVULA REGULADORADE FLUJO PARA CONTROL

DE FLUJO DE AGUA

A/S

IP

FY40205

FV40205

4-20 mA

Aplicaciones del Control e Instrumentación

APLICACIONES - TEMPERATURA

HOME

98

ENTERBACK

SPACE

87

6854

3821

80.

SELECT

CANCELLOWER

RAISE

Panel ViewALLEN - BRADLEY

F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8

F10 F11 F12 F13 F14 F15F9 F16

F17

F18

F19

F20

F21

34.56 PSIG

PANEL DE CONTROL , DCS

TIT

40023

TE

40023

TITR

40023

TAH

TSH

40023

MEDICION DE TEMPERATURA CON INDICACION EN CAMPO Y REGISTRO EN

CARTA UBICADO EN PANEL.

ADICIONALMENTE: INDICACION EN PANTALLA DE DCS CON ALARMA DE ALTA

TEMPERATURA Y TENDENCIA, Y SWITCH DE ALTA TEMPERATURA QUE ACTIVA

UNA SIRENA EN PLANTA.

TE

TIT40023

40023

6”-JCW-40-003-A1

TI

40023

TSH

40023

200

0

0

50

100

150

250

300

350

400

450

500

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

022:0

0

50

100

150200

250

30035

040045

0500

0

4:005:00

2:00

1:00

3:00

6:00

7:00

8:0

0

9:0

0

0:0

0

23:0

0

50100

150200

250

300 350 400 450 500

11:0

0

12:0

0

16:00

15:00

18:00

19:0

0

17:00

14:00

13:00

21:0

0

20:0

0

10:0

0

0 200 400 600800

1000

TR

40023

TRTAH

TR

40023REGISTRADOR DE

CARTA CIRCULAR

SIRENA

I

XA

40023

RTD

PI

XXYYY

PEXXYYY

PTXXYYY

ELEMENTO PRIMARIOTIPO PITOT

TRANSMISORINDICADOREN PANEL

SEÑAL4-20 mA

TRANSMISORINDICADORDE CAMPO

PITXXYYY

HOME

98

ENTERBACKSPACE

87

6854

3821

80.

SELECT

CANCELLOWER

RAISE

Panel View

A-BQUALITY

ALLEN - BRADLEY

F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8

F10 F11 F12 F13 F14 F15F9 F16

F17

F18

F19

F20

F2134.56 PSIG

PI

XXYYY

PANEL DE CONTROL , DCS PANTALLA DE COMPUTADOR

SEÑAL4-20 mA

APLICACIONES - PRESION

Flujo

ELEMENTO PRIMARIOTUBO VENTURI

PROCESO

FITXXYYY

FY

XXYYY

FE

XXYYY

C

PITXXYYY

TTXXYYY

TEXXYYY

TI

XXYYY

PI

XXYYY

0

20

40

60

80

100

SETUP

0

20

40

60

80

100

SPMANAUTO

FUNCL1/L2

SETUP

0

20

40

60

80

100

SETUP

FI

XXYYY

PANEL DECONTROL #5

HOME

98

ENTERBACKSPACE

87

6854

3821

80.

SELECT

CANCELLOWER

RAISE

Panel ViewALLEN - BRADLEY

F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8

F10 F11 F12 F13 F14 F15F9 F16

F17

F18

F19

F20

F21

34.56 PSIG

PANEL DE CONTROL , DCS PANTALLA DE COMPUTADOR

FI

XXYYY

APLICACIONES - FLUJO COMPENSADO

FEXXYYY

FITXXYYY

PITXXYYY

PROCESO

TEXXYYY

TTXXYYY

PI

XXYYY

TI

XXYYY

RTD1/2”-A-1

FY

XXYYY

C

CP-5CP-5

FI

XXYYY

FI

XXYYY

24”-PA-XX-NNN-A1

CP-5

P & I.D. FLUJO COMPENSADO

TOPE

TOPE

TOPE

TOPE

HOME

98

ENTERBACKSPACE

87

6854

3821

80.

SELECT

CANCELLOWER

RAISE

Panel ViewALLEN - BRADLEY

F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8

F10 F11 F12 F13 F14 F15F9 F16

F17

F18

F19

F20

F21

34.56 PSIG

DCSINDICACION DE NVELALARMA DE NIVEL BAJOALARMA DE NIVEL ALTOREGISTRO DE NIVEL

LI

XXYYY

LT

XXYYY

LI

XXYYY0

20

40

60

80

100

SETUP

0

20

40

60

80

100

SETUP

NIVELTQ.1

NIVELTQ.2

LSHLXXYYY

PANEL DE CAMPO N°2

LAHL

NIVELBAJO

NIVELALTO

LAHLLR

TANQUE N°1

MEDICION DE NIVEL DE TANQUE

APLICACIONES

LTXXYYY

3”-G-7

LI

XXYYY

3”-JCW-40-001-A1

CP-2

TANQUE N°1

LI

XXYYY

LAHL

LSHLXXYYY

3”-G-7

3”-JCW-40-002-A1

LAHLLR

P. & I.D. DE LA APLICACION DE CONTROL DE NIVEL

DCS

MEDICION DE PESO EN FAJASPUENTE DE PESAJE + VELOCIDAD

CARGAAPLICADA

PESO / PIE LINEAL

CELDA DECARGA

SOPORTEPIVOTANTE

PUENTE DE PESAJE(WEIGHBRIDGE)

S = VELOCIDADw = PESO / UNID. LONG.

SENSOR DEVELOCIDAD

SENSORDE PESO

15 Lb/Pie 15 RPM

D24”

S.(p.D) W.VS

W

15 x p x 2 = 94.2 FPM

V

15 x 94.2 = 1413 Lb/M= 42.35 TPH

Controlador

S

Integrador

Multiplicador

PIVOT

v = VELOCIDAD LINEAL

94.2 FPM

SENSOR DE VELOCIDAD

PERNODE AJUSTE

VSD VARIADOR DEVELOCIDAD

SEÑAL DE CONTROL

POLIN DECARGA

MATERIAL

FAJA

MICROTECH IIINTEGRATOR

MODEL 10-001

APLICACIONES P. & I.D.LAZO DE CONTROL DE NIVEL

LE

LT20005

20005

LI

20005

IP

LY20208

LV20208

LEV20208

A/S

S

LSHL20011

LIC

20005

I

XA20013

M PI20110

XU

20012

XL

20012

S

LCS

STOP

BOMBA20-017

APLICACIONES P. & I.D.LAZO DE CONTROL DE NIVEL

6”-TW-20-005-A1

2”-TW-20-006-A1

TANQUE20-008

TANQUE20-009

2”-TW-20-007-A1

REBOSE

Variable de Proceso: nivel de agua en el tanque 20-008variable de control: apertura válvula LV-20208Enclavamientos: si el nivel del tanque > 10 pies se activa el switch de alto nivel LSH-20011, el cual cierra la válvula LV-20208 y apaga la bomba 20-017 y activa la sirena de alarma XA-20013

M

ss

A/S

IP

FY40208

FV40208

S

FEV40208

PI40110

T

Y

FE40101

FY40101

FIT40101

FIC40101

TIC40102

TE40105

TIT40105

PIT40106

PI40106

TAHTALTR

SP=250°F

FSL40107

FAL40107

CALENTADOR40-003

VAPOR

PETROLEOCALIENTE

(250°F)

PETROLEOFRIO

(130°F)

TE40109

TI40109

TIT40109

APLICACIONES P. & I.D.LAZO DE CONTROL DE TEMPERATURA EN CASCADA

2”-FO-40-003-A1

3”-ST-40-011-A1

3/4”-SC-40-017-L1

Gracias

¿Preguntas?