3 Importancia de La Instrumentacion Industrial

8/18/2019 3 Importancia de La Instrumentacion Industrial

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IMPORTANCIA DE LA INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL Un proceso industrial transforma, semielabora,

elabora las materias primas que sirven de entrada alproceso y lo convierte en productos acabados osemiacabados como salidas del mismo proceso.

Para tal fin se necesita un conjunto de equipos,máquinas, controles, que interactúan armónicamente.

Los instrumentos se encargan de indicar lasmagnitudes de las variables operacionales y/otransmitir esta información hasta los controladores

(sala de control o scada). A su vez existen elementos finales de control, que se

encargarán de regular y controlar las variablesoperacionales que se están midiendo y del procesoindustrial en estudio.


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PROCESOINDUSTRIAL


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¿QUÉ HAY EN LA NUBE ANTERIOR?

VARIABLES:1. Temperatura.2. Nivel.

3. Presión.4. Caudal o flujo.5. Humedad.6. Velocidad.

7. PH8. Densidad.9. Vibración.10. Entre Otras.


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EQUIPOS: Motores. Compresores. Torres de destilación. Tanques de almacenamiento. Torres de enfriamiento. Motobombas. Intercambiadores de calor. Calderas. Tanques de mezclado. Separadores líquidos – gas , separadores trifásicos, válvulas,

entre otros.


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INSTRUMENTOS:

Dispositivos que toman una variable física de un proceso y pueden:

1. Indicar su valor o magnitud.2. Transmitir su información a otro instrumento o a una

sala de control.

3. Controlar el proceso.

4. Registrar información sobre el desarrollo del proceso.


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¿QUÉ HAY EN LA NUBE ANTERIOR?INSTRUMENTOS TRANSDUCTORES Y TRANSMISORES

Los transductores cumplen la función deacondicionar una señal proveniente de un procesopara indicar su valor y/o magnitud.

Los transmisores realizan la misma función delos transductores, además de poder enviar lainformación de la variable medida medianteseñales eléctricas, neumáticas, electromagnéticas,software entre otras, hacia los instrumentoscontroladores.


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¿QUÉ HAY EN LA NUBE ANTERIOR?INSTRUMENTOS CONTROLADORES

Se encuentran en lugares alejados del área delproceso y su función es comparar la magnitud de la variable que se desea controlar enviada por eltransmisor con el valor que se desea de la variable(Set point).

El controlador se encarga de aplicar lascorrecciones para mantener la señal en el valordeseado.


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¿QUÉ HAY EN LA NUBE ANTERIOR?ELEMENTOS FINALES DE CONTROL

Están instalados en el proceso y se encargan demodificar el comportamiento y magnitud de las variables que se desean controlar. Ejemplo las válvulas , solenoides, alarmas entre otros

ELEMENTOS DE SEGURIDADSe encargan de prevenir cualquier

anormalidad en un proceso a fin de preservar la vida de los operadores y del medio ambiente.


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PROCESOINDUSTRIAL

MATERIA PRIMA

PRODUCTOFINAL


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¿Cómo se representa un proceso

industrial? Se representa mediante un Diagrama de Tuberías e

Instrumentación (DTI) o un DPI (Diagrama de

proceso e Instrumentos) o P&ID (Piping andInstrumentation Diagram).

Es la base de cualquier diseño de procesos, semuestran recipientes, bombas y otros

componentes de un proceso.


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EVAPORADOR

DESTILACIÓN


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NORMAS ISA


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NORMAS ISA


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Líneas de InstrumentaciónNORMAS ISA

Conexión a proceso, o enlace mecánico oalimentación de instrumentos.

Señal neumática

Señal eléctrica

Señal eléctrica (alternativo)

Tubo capilar

Señal sonora o electromagnética guiada(incluye calor, radio, nuclear, luz)

Señal sonora o electromagnética no guiada

Conexión de software o datos

Conexión mecánica

Señal hidráulica


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Líneas de InstrumentaciónNORMAS ISA

PT

01PT-01 Señal eléctrica

PT

01

PT-01 Señal Neumática

FIC

01

Señal de Software

PT

01Señal Electromagnética

PT

01PT-01 Señal Hidráulica

PT-01

TIC

01


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Designación de instrumentos por círculosNORMAS ISA

Montado localmente (En contactocon la variable)

Detrás del panel (no accesible)

En tablero o panel

En tablero auxiliar

Instrumentos para dos variablesmedidas o instrumentos de una

variable con más de una función.


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EJEMPLOS

T I

01

1ra Letra: Representa la variable operacional con la quetrabaja el instrumento.P= PresiónT= TemperaturaL=NivelF= Caudal

2da Letra: Representa la función que ejecuta elinstrumento.I= IndicarT= TransmitirC= Controlar

R= RegistrarNumeración: Identifica el lazo de control a la cual estáasociado el instrumento o su ubicación en la planta.Permite diferenciar instrumentos iguales que cumplen lamisma función pero conectados y localizados en distintos

equipos.


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EJEMPLOS

T I T

01

T= TemperaturaI = IndicadorT= Transmisor

01= Nro. de Instrumento

L= NivelI = Indicador

C= Controlador

22= Nro. de Lazo de control

LIC

22


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EJEMPLOS

PDT

01Transmisor de Presión Diferencialen lazo de control nro. 1

FRC

12

Controlador Registrador de Caudal

en lazo de control nro. 12

PIC

22

Controlador Indicador de Presiónen lazo de control nro. 22

DT01

Transmisor de Densidad nro. 1

TIC

22

Controlador Indicador de Temperatura


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PIC

22

Los controladores van metidos en uncuadrado para indicar que este va a una

sala do control o SCADA.Esto van accesible normalmente aloperador – indicador - controlador-registrador

EJEMPLOS


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PLC

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01

PLC

Designación de instrumentos de control

Digital y/o Distribuida

NORMAS ISA

Controlador Lógico Programable(PLC)

Sistema de Control Distribuido(DCS) (Algunos autores loconsideran como un PLC)

Salas de control: En estos espacios, se encuentranubicados los controladores electrónicos (PLC y/o DCS).Generalmente se encuentran alejados del procesoindustrial.


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Símbolos de válvulasNORMAS ISA

Válvula Manual

Válvula de Control

Válvula de Alivio o Seguridad

Válvula falla abierta

Válvula aire para cerrar

Válvula falla cerrada

Válvula aire para abrir


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SIMBOLOS ESPECIALESVALVULAS DE CONTROL


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SIMBOLOS ESPECIALESVALVULAS DE CONTROL


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A continuación se mencionan algunos de los

principales equipos industriales que se encuentranpresente en la mayoría de los procesos industriales:

EQUIPOS INDUSTRIALES

Motobomba: Equipo conformado por laintegración de un motor eléctrico quegenera el movimiento para mover unabomba, succionando un líquido a bajapresión para descargarlo a una presiónmayor.

MotoCompresor: Equipo (integrado

con motor eléctrico o mecánico) quepermite el movimiento de un compresor,permitiendo succionar gas a baja presiónpara descargarlo a una presión mayor.


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Intercambiador de calor: Equipo quepermite el contacto térmico de dosfluidos que no se mezclan en su interior,permitiendo que el fluido pierda calor

que el fluido B ganará.

Separador Líquido-gas: Equipo querecibe los hidrocarburos y permite laseparación entre los componentes que se

mantendrán en fase líquida y los queestarán en fase gaseosa.. El separadorliquido gas esta conformado por dos válvulas de control y una de seguridad


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Intercambiador de calor


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Separador bifásico vertical


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Separador bifásico horizontal


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Separador Trifásico: Equipo que recibe

un producto y permite que en su interiorse separen los componentes que estaránen fase gaseosa, líquida y de agua.Ejemplo: Hidrocarburo que ha pasadopor un condensador.

Horno Vertical: Equipo que permitecalentar un producto. Dispone detuberías internas, quemadores en dondese forma y controla la llama que genera el

calor. Dispone de una línea decombustible para la llama piloto, asícomo de una línea de combustible dondese regula el gas que establece latemperatura de trabajo a través de una

válvula de control.


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Torre de Destilación: Recibe un

producto en fase líquida y permiteseparar los productos pesados por elfondo y los livianos por la parte superior.Tiene en su interior un conjunto debandejas a temperaturas específicas concomponentes en fase líquida y cámarasde gas entre las bandejas permitiendoque los diferentes componentes sequeden en cada etapa de las bandejas enla fase líquida o gaseosa que lecorresponda. Ejemplo. Torre dedestilación de petróleo.


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TORRE DE DESTILACIÓN


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Enfriador: Equipo que permite que en

su interior circule un producto quepuede ser enfriado por corrientes de aire,o de aire y agua que chocan por susductos.

Tanques de Almacenamiento:

Permiten contener materiales sólidos,líquidos y gaseosos, para ser procesadoso despachados.


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IMPORTANCIA DEL CONTROL DE NIVEL Y PRESIÓN

En un proceso industrial en donde se encuentra

presente la variable Nivel, se hace necesariocontrolarla, definiendo su magnitud para obtener loscortes de productos que se necesitan en cadainstalación, mantener la calidad de los mismo, asícomo mantenerla controlada dentro de rangos detrabajo.

Esto evita daños en los equipos que no estándiseñados para recibir componentes en fase líquidacomo los compresores, ni al medio ambiente ni a los

operadores de planta en caso de producirse derrames.


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IMPORTANCIA DEL CONTROL DE NIVEL Y PRESIÓN

En un proceso industrial en donde se encuentra

presente la variable Presión, se hace necesariocontrolarla, definiendo su magnitud, obteniendo loscortes de productos requeridos, evitar daños a losequipos al establecer rangos de trabajo.

Un equipo que no opera con rangos establecidos depresión sufrirá daños irreversibles y puede poner enriesgo a los operadores de planta y al resto del personaltécnico.


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La instrumentación industrial de manera generalabarca dos grandes momentos:

1) Medir2) Controlar

Para establecer un lazo de control se necesitan almenos los siguientes componentes:

1) El indicador.2) El transmisor.

3) La sala de control (El controlador)4) El elemento final (El convertidor I/P y La válvula de

control).

Elementos mínimos para establecer un lazo de control


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Introducción a los tipos de lazos de control

1) Lazos de control simples

Son lazos de control que atienden una sola variableoperacional.2) Lazos de control en cascada

En los lazos de control en cascada se combinan dos variables operacionales, una variable maestro y una variable esclava para controlar un elemento final decontrol. El lazo de control en cascada requiere de doscontroladores (uno por cada variable operacional)que se interconectan por software y donde la salidadel controlador maestro define el set point delcontrolador esclavo. Mientras que la salida delcontrolador esclavo regulará el elemento final decontrol en el proceso industrial.


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3) Lazo de control Feedforward (Alimentación

hacia adelante)Se consideran las perturbaciones medibles de una variable externa que no se encuentran en el lazo decontrol de la variable controlada. Este lazo mide

permanentemente a la variable externa que generalas perturbaciones en el lazo de control y seconsidera su valor para que en conjunto con la salidadel lazo de control definen la regulación de laapertura de la válvula de control y de esta manera

minimiza el tiempo de respuesta corrigiendo lasperturbaciones.



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4) Control Cascada – Feedforward

Tiene un lazo de control en cascada con las variablesmaestra y esclava asociadas en conjunto con la acción dela medición de una variable externa que perturba alproceso controlado.

5) Control Override (Anulador)

Se combinan dos lazos de control de dos variablesoperacionales totalmente independientes, mientras semantengan en sus rangos de trabajo.

En un control override una variable operacional 1 trabaja

atendiendo su lazo de control independiente de la otra variable operacional 2, siempre que no alcance el valor deseguridad preestablecido por la variable operacional 2.



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5) Control Override (Anulador) Continuación…

La variable operacional 1 al alcanzar el valor deseguridad de la variable operacional 2, le cede elcontrol del proceso. Paso siguiente la variableoperacional 2 trabajará hasta alcanzar su set point o

restablezca el valor de la variable 2 entre sus limitesde control. A partir de esta condición la variableoperacional 1 retome el control atendiendo su valorpreestablecido.



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Ejemplo 1.Dado el siguiente diagrama de proceso. Realice el DTIrespectivo para establecer un lazo de control de Nivel.

PROCESOS INDUSTRIALES. ESTUDIO DE CASOS


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• Una vez realizado el DTI:1) Establezca las variables dependientes e independientes.

2) Explique la función de cada uno de los elementos que sehan colocado en él.3) Tipos de señales.


4) Incluir unindicador por

cada variableLI01


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Ejemplo 2.Dado el siguiente diagrama. Automatice de la manera más

sencilla y económica posible:



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Esta es una forma de hacerlo. Si es un tanque cerradopresurizado, se puede poner un presostato o interruptorde presión.


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¿Y por qué no de esta manera?R= Costo de un controlador que puede serreemplazado con un económico interruptor

de nivel mediante flotación.

Como investigación adicional:¿Que parámetros intervienen almomento de seleccionar unamotobomba?


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Intercambiador de calor. Ejercicio 1:

Dado el siguiente DTI, explique la función de cadaelemento. Tipo de sensor de flujo y que variable puedecontrolar la válvula que está sin conexión. Justifique.


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PROCESOS INDUSTRIALES. ESTUDIO DE CASOSEjemplo 3.Dado el siguiente separador Líquido – Gas. Realice el DTI

respectivo para establecer: A) Un lazo de control de Nivel B)Un lazo de control de Presión.


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A) Se establece el lazo de control de presión.

¿Qué tipo de sensor de presión se puede colocar si lapresión que se alcanza en algunos casos es de 200 PSI?

¿PV?


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B) Se establece el lazo de control de nivel.

¿Qué tipo de sensor de nivel se puede colocar si el rangode medición es de 100 cm?


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1) Investigue e instrumente en el presente DTI una válvula deseguridad. ¿Que función ejecutará?

2) Explique la función de cada instrumento que se ha ubicado en elDTI. Indique los dos errores presentes en él. Justifique.

Explique elsignificado de:


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Ejemplo 4.Dado el siguiente diagrama de proceso de un horno. Realice

el DTI respectivo para establecer un lazo de control de flujodel combustible.


Alimentación

Material

Material

Calentado


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Material

Calentado

AlimentaciónMaterial

1) ¿Qué elemento se muestra para medir el flujo? Indique 3 formasalternativas.

2) Explique la función de cada instrumento que se ha ubicado en elDTI. ¿En base a que otra variable se puede controlar el flujo?


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Ejercicio 2. Dado el siguiente proceso de un horno. Realice el DTI.Coloque los símbolos adecuados de las líneas de señalización y control.

Los instrumentos son:

1) Válvula reguladora de flujo para control de temperatura.

2) Convertidor I/P

3) Indicador y controlador de temperatura perteneciente a un DCS y con salidade 4 a 20 mA.

4) Transmisor de temperatura con salida de 4 a 20 mA.

5) Interruptor eléctrico de alta temperatura.

6) Alarma de alta temperatura perteneciente a un DCS.7) Lógica de control (PLC).


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Separador trifásico horizontal


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Separador trifásico vertical


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l d l d d fá


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Control de Nivel de agua en Separador Trifásico

Supongamos que se está recibiendo un producto

proveniente de una torre de destilación, en la partesuperior se encuentra un producto en forma gaseosaque una vez enfriado y condensado da como resultadoagua y gasolina.

En el separador trifásico se retirará el productoprincipal, (gasolina) y el agua.

Para tal propósito se implementará un control de nivelen la interfase gasolina – agua, para que esta últimapueda ser retirada.


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Ejercicio 3.

Realice el DTI para un separador trifásico para establecer unlazo de control simple de gas, agua y aceite/petróleo



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Control y protección por nivel en depurador de gas.

Entre las etapas de compresión de gas en una planta

compresora se hace necesario enfriar el gas calienteque sale de la descarga de una etapa de compresiónantes de pasar a la succión de gas de la siguiente etapade compresión.

El proceso del enfriamiento del gas puede generar lacondensación de algunos productos que sonnecesarios retirarlos antes de la siguiente etapa decondensación y evitar daños en un compresor de gas.

Se hace necesario crear un lazo de control de nivel para

retirar los líquidos condensados. Introduzca uninterruptor por alto nivel.


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Ejercicio 4.Dado el siguiente proceso, establezca un lazo de control de

nivel y una alarma por alto nivel

Botella desucción

Botella dedescarga

Compresor

Enfriador

PROCESOS INDUSTRIALES ESTUDIO DE CASOS


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Ejercicio 5. Realice el DTI necesario para establecer uncontrol override Nivel – Caudal en los siguientes procesos

(Introduzca un interruptor de nivel para controlar la válvulade ingreso de material a la torre de destilación)




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Ejercicio 6. Realice el DTI necesario para establecer uncontrol override Nivel – Caudal en los siguientes procesos

(Introduzca un interruptor de nivel para controlar la válvulade ingreso de material a la torre de destilación)


Control de una caldera


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¿Qué es una caldera? Una caldera es una máquina o aparato que está

diseñado para generar vapor saturado. Son recipientesa presión, por lo cual son construidas en parte conacero laminado a semejanza de muchos contenedoresde gas.

Éste vapor se genera a través de una transferencia decalor a presión constante, en la cual el fluido,originalmente en estado líquido, se calienta y cambiade estado.



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Entre sus aplicaciones en la industria tenemos: Esterilización: es común encontrar calderas en los

hospitales, las cuales generan vapor para esterilizarlos instrumentos médicos, también en loscomedores con capacidad industrial se genera vapor para esterilizar los cubiertos, así como para

la elaboración de alimentos en ollas y recipientes. Calentar otros f luidos, por ejemplo, en la industria

petrolera se calienta a los petróleos pesados paramejorar su fluidez y el vapor es muy utilizado.

Generar electricidad a través de un ciclo Rankine.Las calderas son parte fundamental de lascentrales termoeléctricas y nucleares. Ejemplo lasplantas nucleares usan calderas para generar

electricidad.




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Humos

HOGAR

Vapor

Aire

Gas

AguaCaliente

Ejercicio 7. Realice el DTI que considere necesario paramantener una presión adecuada del vapor en la salida de lacaldera.



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INVESTIGAR PARA PRÓXIMO ENCUENTRO:

Teorema de Bernoulli (Fluidos Compresibles eincompresibles) (Medidores de presión diferencial oreductores de flujo, como la placa orificio)

Número de Reynolds

Principio de Arquímedes (Rotámetros)

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