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James Robles Departamento de Instrumentacin Huertas College

Principios de Instrumentacin Conceptos Bsicos de Instrumentacin


James Robles, Departamento de Instrumentacin, Huertas College

En esta presentacin:

Definicin de Instrumentacin Que es una variable fsica? Que es un instrumento de indicacin, medicin y transmisin? Que es un recorder? Que es un sistema de control? Que es un elemento final de control?

Definicin de Proceso Industrial Parmetros Operacionales de Instrumentacin

Rango de Proceso Variable de Proceso Rango de Instrumentacin Seal de Instrumentacin

Cmo funciona un transmisor?



Instrumentacin:

Disciplina que se encarga de la medicin, indicacin, transmisin, registro y control de variables fsicas dentro de un proceso industrial; cumpliendo con los parmetros operacionales del proceso y con las regulaciones vigentes.



Variable Fsica:

Una variable fsica es una manifestacin palpable de condiciones naturales de la materia. Ejemplos de estas variables son: presin, nivel, flujo y temperatura.



Medicin de Variables Fsicas:

Accin por la cual se le asigna un valor numrico (cuantificar) y una unidad de ingeniera a una variable fsica relacionada con la naturaleza de esa variable. Esta accin se logra a travs de instrumentos que tienen una indicacin visual numrico y una unidad de ingeniera.

Ejemplo 1: La presin en la tubera es de 100 psi.

Variable Fsica Unidad de Ingeniera Valor Numrico




Ejemplo 2: El nivel del tanque es de 12 Ft. Ejemplo 3: El flujo de gas es de 175 SCFM.






Ejemplo 4: La temperatura es de 100 F. Ejemplo 5: La conductividad de la solucin es de 25 S.





Indicador de Variables Fsicas:

Dispositivo capaz de convertir una variable fsica a una seal visible, mayormente numrica acompaada de su unidad de ingeniera para ser observada. Ejemplos de Indicadores de variables fsicas son: Manmetros (Pressure Gauge), Termmetros, Rotmetros, Mirillas de Cristal, etc.



Indicador de Variables Fsicas:

Pressure Gauge

(Manmetro)

Termmetro Mirilla de Nivel Rotmetro

(Metro de Flujo)



Transmisor de Variables Fsicas:

Dispositivo capaz de convertir una variable fsica a una seal electrnica, neumtica o digital de instrumentacin para ser utilizada por un equipo o sistema medicin, registro o control. Tambin conocido como transductor.




La seal ms utilizada es la seal electrnica de 420 mA.

La seal neumtica de 315 psi. Las seales digitales (Foundation Fieldbus,

MODBUS y Profibus) utilizan en su mayor parte una seal digital compuesta de una palabra de 16 bits llamado (word). Esta palabra puede ir desde 0 hasta 65,536 (216)




Transmisor de Presin

Entrada de Proceso

Seal de Instrumentacin

4 20 mA

Rosemount 3051

Differential Pressure

Transmitter

Indicador Local




Transmisor de Nivel Ultrasnico

Sensor de Proceso


4 20 mA Endress-Hauser

Micropilot M FMR240

Indicador Local




Transmisor de Flujo Electromagntico

Sensor de Proceso


4 20 mA Yokogawa

AFX Flowmeter

Indicador Local




Transmisor de Temperatura

Sensor de Proceso


4 20 mA

ABB TTF300

Indicador Local



Registrador de Variables Fsicas (Recorder):

Dispositivo capaz de convertir una seal de instrumentacin a una data para almacenarse permanentemente con respecto a un momento en el tiempo definido. Tambin puede ser una aplicacin (conocido como coleccin de data histrico) dentro de un sistema de control para lograr el mismo propsito.




Yokogawa 10000 Recorder

Papel de Grafico

Plumillas

Leyenda


4 20 mA Lectura Local




Delta V Data Historian Screen



Controlador:

Dispositivo que se dedica a controlar una variable fsica. El controlador recibe una seal correspondiente a la variable fsica (input) de un transmisor y la compara con el valor deseado por el operador. El controlador contiene algoritmos y estrategias encaminadas a mantener la variable fsica en el valor deseado. Para lograr esto, genera una seal de correccin de la variable (output).



Controlador Discreto:

Controlador que se utiliza para mantener una variable fsica en un valor deseado. El controlador discreto puede manejar un solo lazo de control (un input y un output) y no cuenta con conexiones para enviar las seales a otros equipos, ni capacidad para mantener un registro de las seales. Estas capacidades se logran conectando manualmente las seales a registradores u otros equipos.



Sistema de Control Distribudo (DCS):

Sistema de control capaz de manejar mltiples lazos de control. Contiene un procesador centralizado, tarjetas de inputs, tarjetas de outputs y recorders integrados. Un DCS es capaz de distribuir sus datos a diferentes reas como estaciones de operacin, estaciones de ingeniera y estaciones de mantenimiento.



Sistema de Control Distribudo (DCS):

Foxboro T2550 DCS



Sistema de Control:

A-B Micrologix 1200 PLC



Elemento Final de Control:

Dispositivo o equipo capaz de modificar la variable fsica hacia el valor deseado. Esto lo hace recibiendo la seal de correccin del controlador. Ejemplos son: Vlvulas de Control, Variadores de Velocidad de Motores o Dampers de Posicin.




Fisher GX

Control Valve




Variable Frequency Drive (VFD)

And 3 Pumps




Damper Control Drive



Proceso Industrial:

Un proceso industrial es la conversin de materia prima a productos, bienes o servicios para la utilizacin de la sociedad.

Industrias que utilizan estos procesos son: Industrias Qumicas Industrias de Petrleo y Gases Industrias de Alimentos y Bebidas Industrias Farmacuticas



Lazo de Control:

Arreglo de dispositivos (instrumentos)

conectados para lograr el control de una

variable fsica. Consiste de un transmisor

para llevar la variable al sistema, un

controlador o sistema de control para

computar y generar una seal de control y

un elemento final de control para modificar

fsicamente a la variable.



Lazo de Control (Controlador Discreto):

LT Elemento Final

de Control

Transmisor de Nivel

LCV

Seal de Input

Seal de Output

Controlador

Discreto

A M

M SP O 100%

50%

0%



Lazo de Control (Controlador Discreto):

LT

Elemento Final

de Control

Transmisor de Nivel

Neumtico

LCV

Se

a

l de

Inp

ut (3

-15

psi)

Seal de Output (3-15 psi)

Controlador

Neumtico

A M

M SP O 100%

50%

0%



Lazo de Control (DCS):

OUT

I

N

Sistema de Control Distribuido (DCS)

LT

Estacin de

Operador

Estacin de

Ingeniera

Elemento Final

de Control

Transmisor de Nivel

LCV

Seal de Input

Seal de Output



Parmetros de Medida de Proceso:

Rango de Proceso Variable de Proceso Rango de Instrumentacin Seal de Instrumentacin Seal de Control



Rango de Proceso:

El rango de proceso son los valores numricos desde el mnimo hasta el mximo acompaado de su unidad de ingeniera que representan el mnimo hasta el mximo de la variable fsica permitida en un proceso.

Ejemplo: La presin del proceso vara desde 0 hasta 200 psi. El Rango de Proceso es 0 200 psi.



Variable de Proceso:

La variable de proceso es el valor numrico acompaado de su unidad de ingeniera que representan la variable fsica del proceso.

Ejemplo: La presin es de 100 psi. La variable de Proceso es 100 psi.



Rango de Instrumentacin:

El rango de instrumentacin es un valor numrico de 4 a 20 mA que representa desde el mnimo hasta el mximo del rango de proceso.

Ejemplo: El rango de proceso es de 0 a 200 psi. El rango de instrumentacin es de 4 mA (0 psi) hasta 20 mA (200 psi).



Seal de Instrumentacin:

La seal de instrumentacin es el valor numrico desde 4 mA a 20 mA que representa la variable de proceso.

Ejemplo: El rango de proceso es de 0 a 200 psi. El rango de instrumentacin es de 4 mA a 20 mA. La variable de proceso es de 100 psi. Por lo tanto, la seal de instrumentacin es de 12 mA.



Seal de Control:

La seal de control es el valor numrico desde 4 mA a 20 mA que alimenta el elemento final de control.

Ejemplo: La seal de control hacia la vlvula de control es de 12 mA, por lo tanto la vlvula de control est en un 50 % de su recorrido.



Una Seal de Instrumentacin es el valor actual del nivel electrnico o neumtico utilizado para representar la variable de proceso de una forma estndar.

Ejemplo:

Rango de Proceso = 0 200 psi Rango de Instrumentacin = 4 20 mA


24 Vdc

- +

Rango de Proceso = 0 200 psi

PT-1

Seal Transmitida

por cablera Transmisor

Receptor

Remoto

4 20 mA + - 4.00 mA

+

-




La razn por la cual la seal de Instrumentacin no comienza en cero es para poder distinguir entre un cero real y una avera en la cablera o tubera utilizada Si se avera la cablera, la corriente o la presin bajar a cero mA o a cero psi y el tcnico podr diagnosticar el fallo

24 Vdc

- +

0 mA

Proceso

PT-1

Cable Averiado

Transmisor

Receptor

Remoto

+ - 0.00 mA +

-



Lazos de Transmisores Electrnicos:

Transmisor de Presin en Serie con Power Supply de 24 Vdc y Miliampermetro:

Para extraer una seal a un transmisor, se necesita conectarlo en serie con un Power Supply de 24 Vdc y a su vez en serie con el receptor o

equipo preparado para aceptar una seal de 4 20 mA Este voltaje produce una seal de instrumentacin proporcional a la

variable de proceso en relacin con el rango de proceso

OFF

ON

24 Vdc Power Supply

- +




Presin

Nivel

Flujo

Temperatura

Variable Fsica

PT

LT

FT

TT

Transmisor 0 200 psi

0 30 Ft

0 500 gpm

50 550 F

Rango de Proceso

4 20 mA

3 15 psi

Protocolo Digital

Seal de

Instrumentacin




Existen varios tipos de seal de instrumentacin: Electrnico Anlogo: 4 20 mA Neumtico: 3 15 psi Digital: HART, Foundation Fieldbus, MODBUS,

Profibus, etc.



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