Instrumentacion y control Conceptos-Basicos

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INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL
1.	CONCEPTOS BÁSICOS, SIMBOLOGÍA Y NORMAS
INTRODUCCIÓN
LA INSTRUMENTACIÓN:
Es un conjunto de instrumentos y equipo asociado o su aplicación con el propósito de observar, medir o controlar una o varias variables.
LA INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL:
Es una rama de la ingeniería que se encarga de la medición, control y supervisión de todas las variables físicas y químicas que se presentan en los procesos industriales.
La instrumentación en la industria surge como respuesta a la necesidad de controlar los procesos industriales.
EL CONTROL
El Control en la industria, se puede definir como un sistema que compara el valor de una variable a controlar, con un valor de referencia o deseado, de tal forma que cuando existe una desviación, efectúa una acción de corrección sin que exista intervención humana.
En general, un sistema de control industrial consta de los siguientes elementos:
· 	Una unidad de medida
· Una unidad de control
· Un elemento final de control
· El propio proceso a controlar
En una planta industrial, los procesos pueden ser de distinta naturaleza, de tal manera que se requiere el control de diversas magnitudes, tales como temperatura, presión, nivel, flujo, el pH, etc.
IMPORTANCIA DE LA INSTRUMENTACIÓN Y EL CONTROL
· Los instrumentos de medición y el control son ampliamente utilizados en la industria
· La mayoría de los procesos industriales requieren la medición y el control de diferentes magnitudes como: presión, temperatura, caudal, nivel de líquidos, velocidad, humedad, conductividad, pH, etc.
· 	A partir de la instrumentación y el control se libera a los operadores de las acciones manuales que realizaban en los procesos industriales, ahorrándose con esto, tiempo
· 	Debido a la complejidad que han adquirido los procesos y al gran número de variable que se manejan, se ha hecho necesario la automatización de los sistemas de control de proceso.
· 	Mediante la instrumentación y el control, se optimiza el rendimiento general del proceso, con un mejor aprovechamiento de los recursos implicados en el mismo.
EL INGENIERO QUIMICO Y LA INSTRUMENTACIÓN Y EL CONTROL
En todo proceso químico es necesario controlar las variables operativas que intervienen en el, mediante la instrumentación y el control, con la finalidad de:
· Proteger a los operadores
· Protección del medio ambiente laboral
· Optimizar el proceso mismo
· Mejorar la calidad del producto final
· Mejorar la productividad de la empresa
Una de las tareas más importantes del ingeniero químico dentro del ámbito laboral, es la de diseñar, operar y administrar procesos químicos, auxiliándose para tal efecto de la instrumentación y el control.
CLASIFICACIÓN DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN
Los instrumentos de medición de las diferentes magnitudes se pueden clasificar de manera general, según los siguientes criterios:
1) Según el principio de funcionamiento (Analógico o digital)
2) Según la función del instrumento en el proceso (¿Qué hace?)
3) Según la variable del proceso a medir (¿Qué mide?)
INSTRUMENTOS SEGÚN SU PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
a) Instrumentos Analógicos:
Convierten la magnitud eléctrica que se mide en una señal analógica, que es una función continua en el tiempo, por lo que se dice que estos instrumentos están referidos a un parámetro analógico. Se dice que un parámetro es analógico cuando puede tomar todos los valores posibles en forma continua,
Los instrumentos analógicos suelen tener una escala con divisiones frente a la que se mueve una aguja, la cual pasa frente a los infinitos puntos de la escala.
b) Instrumentos Digitales:
Estos instrumentos toman algunos valores (muestras) de la magnitud que se mide, los cuales son codificados por medio de un convertidor analógico/digital. Es decir, estos instrumentos están referidos a parámetros digitales. Se dice que un parámetro es digital cuando solo puede tomar valores discretos.
INSTRUMENTOS SEGÚN SU FUNCIÓN EN EL PROCESO (¿QUÉ HACE?)
a) Instrumentos Ciegos
b) Instrumentos indicadores
c) Instrumentos registradores
d) Elementos primarios o captores
e) Transmisores
f) Transductores
g) Convertidores
h) Receptores
i) Controladores
j) Elementos finales de control o actuadores
INSTRUMENTOS SEGÚN LA VARIABLE DEL PROCESO A MEDIR (¿ QUÉ MIDE ?)
a) Instrumentos de Temperatura
b) Instrumentos de Presión
c) Instrumentos de Caudal
d) Instrumentos de Nivel
e) Instrumentos de Densidad y Peso específico
f) Instrumentos de Humedad y punto de roció
g) Instrumentos de Viscosidad
h) Instrumentos de Posición y Velocidad
i) Instrumentos de PH
j) Instrumentos de Conductividad
k) Instrumentos de Frecuencia
l) Instrumentos de Fuerza
m) Instrumentos de Turbidez, etc.
TIPOS DE PROCESOS EN LA INDUSTRIA
Existen tres tipos de procesos en la industria:
a)	Continuos
a)	Por lotes (batch)
a)	Discretos
a) Proceso Continuo:
El material se alimenta y se retira del proceso al mismo tiempo. El refinado de petróleo es un ejemplo de este tipo de proceso.
b) Proceso Batch o por Lotes:
Un proceso Batch es un proceso que induce la producción de cantidades finitas de material, sometiendo a las cantidades de material de entrada a un conjunto ordenado de actividades de procesamiento sobre un periodo finito de tiempo usando una o más piezas de equipo. Es decir en este tipo de procesos la fabricación del producto se realiza de manera secuencial, donde la salida aparece en lotes o en cantidades de material.
c) Proceso Discreto:
Los componentes, partes o subconjuntos se fabrican o ensamblan por separados para producir un producto final. La fabricación de automóviles es un ejemplo.
CONCEPTO DE SISTEMA
Un sistema es la combinación de componentes que actúan conjuntamente y que cumplen un objetivo determinado.
Variable de entrada: Es una variable del sistema tal que una modificación de su magnitud o condición puede alterar el estado del sistema.
Variable de salida: Es una variable del sistema cuya magnitud o condición se mide.
Perturbación: Es una señal que tiende a afectar el valor de la salida de un sistema. Si la perturbación se genera dentro del sistema se la denomina interna, mientras que una perturbación externa se genera fuera del sistema y constituye una entrada.
SISTEMA DE CONTROL
Es un sistema que compara el valor de una variable a controlar con un valor de referencia o deseado, de tal forma que cuando se presenta una desviación, efectúa una acción de corrección sin la intervención de un operario. Para realizar lo anterior, el sistema de control debe contemplar los siguientes elementos:
a) Una unidad de medida
b) Una unidad de control
c) Un elemento final de control
d) El propio proceso
Este conjunto de unidades o elementos forman lo que se conoce como “Bucle” o lazo, denominado como “lazo de Control”, pudiendo ser de dos tipos: “abierto” o “cerrado”.
EL LAZO DE CONTROL
ELEMENTOS PRINCIPALES DE UN LAZO DE CONTROL
El	Lazo	de	Control	es	un	conjunto	de	instrumentos,	conectados,	configurados,	calibrados	y sintonizados, con la finalidad de controlar un proceso
SENSOR:
El sensor es el elemento primario de medición y esta muy próximo al proceso. El sensor mide la variable controlado en el proceso y la envía en forma no estandarizada hacia el transmisor.
TRANSMISOR:
Los transmisores son instrumentos que captan la variable de proceso y la transmiten a distancia a un instrumento receptor indicador, registrador, controlador o combinación de estos.
El transmisor contiene el transductor el cual convierte la señal proveniente del sensor a una forma estándar y amplificada.
TRANSDUCTOR:
Los transductores transforman o convierten un determinado tipo de energía de entrada, en otra de diferente tipo a la salida. Los transductores son elementos auxiliares que permiten que la variable eléctrica del sensor sea convertida en una señal que pueda ser trasmitida o que se pueda “traducir” y procesar.
SISTEMA DE CONTROL DE LAZO ABIERTO
Es aquel sistema en que solo actúa el proceso sobre la señal de entrada y da como resultadouna señal de salida independiente a la señal de entrada, pero basada en la primera. Esto significa que no hay retroalimentación hacia el elemento de control para que éste pueda ajustar la acción de control.
Estos sistemas se caracterizan por:
· Ser sencillos y de fácil concepto.
· Nada asegura su estabilidad ante una perturbación.
· La salida no se compara con la entrada.
· Ser afectado por las perturbaciones. Estas pueden ser tangibles o intangibles.
· La precisión depende de la previa calibración del sistema.
SISTEMA DE CONTROL DE LAZO ABIERTO
1) Elemento de control: Este elemento determina qué acción se va a tomar dada una entrada al sistema de control.
2) Elemento de corrección: Este elemento responde a la entrada que viene del elemento de control e inicia la acción para producir el cambio en la variable controlada al valor requerido.
3) Proceso: El proceso o planta en el sistema en el que se va a controlar la variable.
SISTEMA DE CONTROL DE LAZO CERRADO
Son los sistemas en los que la acción de control está en función de la señal de salida. Los sistemas de circuito cerrado usan la retroalimentación desde un resultado final para ajustar la acción de control en consecuencia.
El control en lazo cerrado es imprescindible cuando se da alguna de las siguientes circunstancias:
· Cuando un proceso no es posible de regular por el hombre.
· Una producción a gran escala que exige grandes instalaciones y el hombre no es capaz de manejar.
· Vigilar un proceso es especialmente difícil en algunos casos y requiere una atención que el hombre puede perder fácilmente por cansancio o despiste, con los consiguientes riesgos que ello pueda ocasionar al trabajador y al proceso.
SISTEMA DE CONTROL DE LAZO CERRADO
1) Elemento de comparación: Compara el valor requerido o de referencia de la variable por controlar con el valor medido obtenido a la salida, y produce una señal de error que indica la diferencia entre dichos valores.
2) Elemento de control: Este elemento decide que acción tomar cuando se recibe una señal de error.
3) Elemento de corrección: Este elemento se utiliza para producir un cambio en el proceso al eliminar el error.
4) Elemento de proceso: El proceso o planta, es el sistema dónde se va a controlar la variable.
5) Elemento de medición:	Produce una señal relacionada con la condición de la variable controlada, y proporciona la señal de realimentación al elemento de comparación para determinar si hay o no error.
DIAGRAMAS DE TUBERIA E INSTRUMENTACION (DTI)
Un diagrama de tuberías e instrumentación (DTI) o en inglés Piping and Instrumentation Diagram (P&ID) son diagramas que contienen básicamente los equipos del proceso, las tuberías, los instrumentos y las estrategias de control del proceso.
Un P&ID es el elemento único más importante en el dibujo para:
· Definir y organizar un proyecto.
· Mantener el control sobre un contratista durante la construcción.
· Entender como es controlada la planta después de finalizar el proyecto.
· Mantener un registro de lo que fue acordado y aprobado formalmente para la construcción.
· Registrar lo que fue construido en la forma como se diseño con los P&ID.
SIMBOLOGÍA Y NOMENCLATURA EN LA INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL
Los símbolos y diagramas son usados en el control de procesos para indicar:
a) La aplicación en dicho proceso
b) El tipo de señales empleadas
c) La secuencia de componentes interconectados
d) La instrumentación empleada.
La Sociedad de Instrumentistas de América, por sus siglas en ingles ISA (Instruments Society of America) es uno de los organismos más importantes que publica y actualiza normas para símbolos, términos y diagramas que son generalmente reconocidos en la industria.
Cabe	destacar	que	estas	normas	no	son	de	uso	obligatorio,	sin	embargo	constituyen	una recomendación a seguir en la identificación de los instrumentos en la industria.
SIMBOLOGÍA Y NOMENCLATURA EN LA INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL
Las normas ANSI/ISA-5.1-1984 (R1992) y ISA-5.3-1983 son las guías generalmente más aceptables para desarrollar simbolismo para la instrumentación y sistemas de control en las industrias químicas, petroquímica, pulpa y papel, refinación, etc.; tanto en procesos continuos y discontinuos.
Por lo que respecta al ámbito de nuestro país, la norma relacionada con este campo de estudio, es la NOM-Z-61-1987, misma que tiene como propósito establecer un sistema uniforme para representar los instrumentos y sistemas que se usan para medición y control.
NORMA ANSI/ISA S5.1-1984
Esta norma trata sobre la Identificación y símbolos de instrumentación, la cual está dividida en los siguiente apartados:
1) Propósito.
2) Alcance.
3) Definiciones.
4) Reglas de identificación de instrumentos.
5) Tablas.
6) Dibujos.
APARTADOS Y ALCANCE DE LA NORMA ANSI/ISA S5.1-1984
	APARTADOS
	ALCANCE
	1) Propósito
	1) Generalidades
	2) Alcance
	2) Aplicación a industrias
	3) Definiciones
	3) Aplicación a actividades de trabajo
	4) Reglas de identificación de instrumentos
	4)	Aplicación	a	diferentes	tipos	de instrumentación y a funciones de instrumentos
	5) Tablas
	5) Extensión de identificaciones funcionales
	6) Dibujos
	6) Extensión de identificación de lazos
REGLAS PARA LA IDENTIFICACIÓN DE INSTRUMENTOS
a) A cada instrumento o función a ser identificado se le designa un número de identificación:
b) 	El número del instrumento puede incluir información del código de área o series específicas. Normalmente la serie 900 a 99 puede ser utilizada para instrumentos relacionados con seguridad.
c) Cada instrumento puede representarse en un diagrama por un símbolo que puede acompañarse con una identificación.
d) La identificación funcional del instrumento consiste de letras de acuerdo a la “tabla de identificación de instrumentos” de la norma ISA-S51.1 , en donde la primer letra designa la variable inicial o medida y una o mas letras subsecuentes identifican la función del instrumento.
Tabla de identificación de instrumentos
CONT…
NORMA / ISA S5.3-1983
Trata	sobre	los	símbolos	gráficos	para	control	distribuido,	instrumentación	de	desplegados compartidos, sistemas lógicos y computarizados.
El objeto de esta norma es documentar la especificación de diversas	clases de instrumentos basados en un control/visualización compartida u otros dispositivos.
La interconexión entre computadores y el sistema se logra,	gracias a está norma, a través de una simbología genérica que permite entender con gran facilidad los sistemas de control.
La Norma ISA-S5.3, ayuda a complementar, en lo necesario, a la norma ISA-S5.1 con la introducción de nuevos símbolos.
Esta norma es aplicable a cualquier industria que requiera control	de procesos y sistemas de instrumentación.
SIMBOLOS PARA INSTRUMENTOS Y CONTROLADORES
DESCRIPCIÓN DE LA IDENTIFICACIÓN
EJEMPLOS
SIMBOLOGIA DE LAS LÍNEAS DE CONEXIÓN DE LOS INSTRUMENTOS
NORMA NOM-Z-61-1987
Esta	norma	oficial	mexicana	trata	sobre	los	símbolos	gráficos	para	control	distribuido, instrumentación de desplegados compartidos, sistemas lógicos y computarizados.
En general, esta norma está constituida por os siguientes apartados o capítulos:
a) Objetivo
b) Definiciones
c) Descripción del sistema de identificación
EJEMPLO DE SIMBOLOGÍA DE INSTRUMENTOS EN UN PROCESO