UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS – ESPE
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA
INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL MECÁNICA
ANÁLISIS DE UN P&ID CABEZA DE POZO
ANDRÉS PEÑA
[email protected] BELEN SALAZAR
[email protected]
PROFESOR: Ing. David Loza
Fecha: 30 de mayo de 2015 Índice de contenido
Tema........................................................................................................................ 3 Objetivos................................................................................................................... 3 Objetivo general....................................................................................................... 3 Objetivos específicos................................................................................................. 3 Marco teórico............................................................................................................. 3 P&ID.................................................................................................................... 3 DATASHEET.......................................................................................................... 4 Desarrollo.................................................................................................................. 4 LAZO PAN29-01..................................................................................................... 4 LAZO PAN29-21..................................................................................................... 5 SISTEMA DE ARRANQUE VFD................................................................................6 VÁLVULAS........................................................................................................... 8 LÍNEAS DE CONTROL............................................................................................ 8 ANÁLISIS DE LAZOS.............................................................................................. 9 Sistema de Arranque VFD....................................................................................... 9 Conclusiones............................................................................................................ 12 Recomendaciones...................................................................................................... 12 Bibliografía.............................................................................................................. 13 Anexos................................................................................................................... 13 Anexo 1.
Identificación funcional de instrumentos.......................................................14
Anexo 2. Símbolos de instrumentos............................................................................ 15 Anexo 3. Simbología de línea para instrumentos.............................................................15 Anexo 4. Simbología de dispositivos de alivio................................................................15
Índice de ilustraciones Ilustración 1. Sistema de arranque..............................................................................................9 Ilustración 2. Sistema de inyección de químicos......................................................................10 Ilustración 3. Lazo PAN29 - 01.................................................................................................11 Ilustración 4. Lazo PAN29 – 01 continuación..........................................................................11 Ilustración 5. Lazo PAN29 - 21................................................................................................12
Índice de tablas Tabla 1. Elementos del lazo PAN29 – 01....................................................................................5 Tabla 2. Elementos del lazo PAN29 - 21....................................................................................6 pág. 1
Tabla 3. Elementos del sistema de arranque VFD......................................................................8 Tabla 4. Válvulas.........................................................................................................................8 Tabla 5. Líneas de control...........................................................................................................8 Tabla 6. Numeracion de IQ. Inyección de Químicos................................................................10
Tema Análisis de un P&ID – Cabeza de pozo
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Objetivos Objetivo general Analizar los elementos de control de presión y temperatura en un plano P&ID sobre cada uno de los lazos de control que contiene.
Objetivos específicos Determinar los elementos que componen el P&ID de cabeza de pozo y la cantidad de los mismos. Realizar el análisis de lazos de cada área del P&ID y conocer la función que realizan los transmisores de presión y temperatura, al igual que las alarmas controladoras de presión.
Marco teórico P&ID El control PID es un mecanismo de control que a través de un lazo de retroalimentación permite regular la velocidad, temperatura, presión y flujo entre otras variables de un proceso en general. El controlador PID calcula la diferencia entre nuestra variable real contra la variable deseada. En sistemas de bombeo, regularmente nos interesa mantener la presión o flujo constante, por lo tanto, el control PID mide la diferencia entre la presión en la tubería y la presión requerida y actúa variando la velocidad del motor para que podamos tener nuestra presión o flujo constante. (Castl01, 2013) Los controladores PID son suficientes para resolver el problema de control de muchas aplicaciones en la industria, particularmente cuando la dinámica del proceso lo permite (en general procesos que pueden ser descritos por dinámicas de primer y segundo orden), y los requerimientos de desempeño son modestos (generalmente limitados a especificaciones del comportamiento del error en estado estacionario y una rápida respuesta a cambios en la señal de referencia). Los fabricantes proporcionan los controladores PID de variadas formas. Existen sistemas del tipo “stand alone” con capacidad para controlar uno o varios lazos de control. Estos dispositivos son fabricados en el orden de cientos de miles al año. El controlador PID es también un ingrediente importante en los sistemas de control distribuido, ya que proporciona regulación a nivel local de manera eficaz. Por otro lado, pueden también venir empotrados, como parte del equipamiento, en sistemas de control de propósito especial, formando así parte integrante de la aplicación. Su uso extensivo en la industria es tal que el 95% de los lazos de control que existen en las aplicaciones industriales son del tipo PID, de los cuales la mayoría son controladores PI, lo que muestra la preferencia del usuario en el uso de leyes de control muy simples. En general, pág. 3
el usuario no explota todas las características de estos controladores, quizás por falta de una mejor comprensión desde el punto de vista de la teoría de control. En la actualidad, el control PID dispone de una serie de prestaciones, que en el pasado han sido consideradas como secretos de los fabricantes. Un par de ejemplos típicos de este tipo de prestaciones son las técnicas de conmutación de modos de control y el antiwindup del integrador. Los algoritmos actuales se combinan con funciones lógicas y secuenciales y una serie de mecanismos y funciones adicionales para adecuarse a los requerimientos de los modernos sistemas de control y automatización industrial, lo que da lugar a dispositivos especializados para el control de temperatura, velocidad, distribución de energía, transporte, máquinasherramientas, reacción química, fermentación, entre otros. (Wikispaces, 2015) DATASHEET Es un manual de instrucciones de componentes electrónicos. La idea es que buscando en un datasheet puedes saber exactamente cómo funciona un dispositivo. Lamentablemente los datasheets normalmente son escritos por ingenieros y para ingenieros, así que al principio son difíciles de leer, pero con un poco de práctica se puede sacar mucho provecho de estos textos, que son el mejor lugar donde encontrar detalles para diseñar o reparar un circuito. (MCI electronics, 2015)
Desarrollo LAZO PAN29-01
Indicador de presión Sensores de presión SDE1, con indicador
El SDE1-... está previsto para supervisar alteraciones de presión en sistemas de redes neumáticas o terminales y para convertir la presión neumática en valores eléctricos que pueden utilizarse para funciones de control o de regulación. Las mediciones se realizan utilizando un elemento sensor piezorresistivo con una unidad de posterior evaluación. El resultado de la medición se muestra numéricamente en el display.
Transmisor indicador de presión SITRANS P ZD
En la serie Z utilizamos dos tipos de sensores de presión, un sensor de acero inoxidable así como un
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sensor con membrana cerámica. Esto convierte en un juego de niños la medición de presiones, relativas e hidrostáticas. La presión medida con estos sensores se transforma en una señal de 4–20 mA ó 0–10 V, a elección. La salida de tensión 0–10 V permite conectar directamente el transmisor de presión a un módulo.
Controlador lógico – transmisor indicador de presión SITRANS P ZD
Se Toma los datos de un panel de control
Controlador accesible normalmente al operador – Indicador de presión Sensores de presión SDE1, con indicador
Instrumentación con funciones PALL = 40psig PAL = 80psig PAH = 500psig
Controlador accesible normalmente al operador – Indicador de temperatura TERMÓMETRO DIGITAL TI-33Ri plus
Es un indicador de temperatura con comunicación serial que puede operar con hasta tres sensores. Cada entrada de sensor puede ser configurada por medio del menú de funciones, en éste el usuario puede activar o desactivar el uso de cada sensor y ajustar el offset de calibración de ellos. El usuario también tiene a su disposición el cálculo de la temperatura diferencial y promedio entre los sensores, por medio de las funciones
Transmisor indicador de temperatura
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Transmisor de temperatura Rosemount 3144P
Los sensores de temperatura eléctricos, como termorresistencias (RTD) y termopares (T/C), producen señales de bajo nivel proporcionales a la temperatura. El transmisor 3144P convierte señales de bajo nivel a HART o FOUNDATION fieldbus, y luego transmite las señales al sistema de control mediante dos cables de alimentación/señal.
Controlador lógico – Transmisor indicador de temperatura Transmisor de temperatura Rosemount 3144P
Se Toma los datos de un panel de control
Tabla 1. Elementos del lazo PAN29 – 01
LAZO PAN29-21 Transmisor indicador de presión SITRANS P ZD
En la serie Z utilizamos dos tipos de sensores de presión, un sensor de acero inoxidable así como un sensor con membrana cerámica. Esto convierte en un juego de niños la medición de presiones, relativas e hidrostáticas. La presión medida con estos sensores se transforma en una señal de 4–20 mA ó 0–10 V, a
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elección. La salida de tensión 0–10 V permite conectar directamente el transmisor de presión a un módulo. Controlador accesible normalmente al operador – indicador de presión
Sensores de presión SDE1, con indicador
El SDE1-... está previsto para supervisar alteraciones de presión en sistemas de redes neumáticas o terminales y para convertir la presión neumática en valores eléctricos que pueden utilizarse para funciones de control o de regulación. Las mediciones se realizan utilizando un elemento sensor piezorresistivo con una unidad de posterior evaluación. PAHH = 550psig Controlador lógico – transmisor indicador de presión
SITRANS P ZD
Se mide los datos en un panel de control
relé diferencial de frecuencia Relé diferencial RD3 La gama RD3 lleva a cabo la medición de la corriente de fuga mediante el filtrado en frecuencia, que permite un incremento en la inmunidad contra corrientes de alta frecuencia (HF) que resulta la causa principal de disparos intempestivos en los dispositivos de protección diferencial. Estas corrientes de alta frecuencia no tienen riesgo contra los usuarios y son generadas típicamente por los
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equipos de electrónica de potencia; drives, softstarters.
Controlador lógico – relé diferencial de frecuencia Relé diferencial RD3
Se mide los datos en un panel de control
Válvula de paro automático
Manual de instalación y mantenimiento Válvula de solenoide de 2 vías de accionamiento directo VX21/22/23
Aplicación: Para aire, agua, aceite y vapor Cilindros de acción simple o doble. Accionamiento: 9593, 9524 y 9554 por solenoide; 9595 neumático. Funcionamiento con cilindro de acción simple: el orificio de aceite “A” o “B” de la válvula debe taponarse. Con el orificio “B” taponado, el solenoide se excita hacia la posición “A”, el orificio de aceite “A” se presuriza. Cuando el solenoide se excita hacia la posición “B”, el orificio de aceite “A” se convierte en el orificio de retorno.
Interruptor de posición abierto
interruptores automáticos abiertos de baja tensión EMAX
Están formados por una estructura de chapa de acero que aloja el mando, los polos y los órganos auxiliares. Cada polo, aislado de los otros, contiene las partes de interrupción y el transformador de corriente adecuado a la fase correspondiente. La estructura de los polos es diferente en función de que el interruptor sea selectivo o limitador. El interruptor en
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ejecución fija posee terminales propios para la conexión al circuito de potencia; en la ejecución extraíble, el interruptor constituye la parte móvil del aparato que se completa con una parte fija dotada con terminales para la conexión al circuito de potencia de la instalación.
Interruptor de posición cerrado
interruptor automático al vacío de 5 a 15 kV de GMSG-GCB
Los tipos GMSG y GMSG-GCB de interruptores automáticos al vacío están diseñados para cumplir todas las normas ANSI, NEMA e IEEE aplicables. La aplicación y el funcionamiento satisfactorios de este equipo depende tanto de una instalación y mantenimiento correctos por el usuario, como de la fabricación y del diseño correctos por parte de Siemens
Controlador lógico – Indicador de posición abierto SA 07.2 – SA 16.2/SAR 07.2 – SAR 16.2 AUMA
Los actuadores de la serie que se indica aquí son adecuados para el uso en zonas polvorientas con peligro de explosión de la zona 22 según la directiva ATEX 94/9/CE. Los actuadores tienen grado de protección ambiental IP 68 y cumplen las disposiciones de la EN 50281-11:1998 Párrafo 6 – Medios eléctricos para el uso en entornos cargados de polvo inflamable, requisitos para medios eléctricos de la categoría 3 – Protección mediante carcasa
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Controlador lógico – indicador de posición cerrado GEME 1234
El indicador de posición eléctrico GEMÜ 1234 para actuadores lineales utiliza un sistema de obtención de posición automático controlado por microprocesador, así como con un sistema de medición de desplazamiento analógico integrado. La señal visual de confirmación de posición se realiza mediante LED. La señal de respuesta eléctrica se lleva a cabo mediante un controlador de potencia electrónico. La carcasa del IP 65 está fabricada con material sintético resistente a la corrosión.
Controlador accesible normalmente al operador - Interruptor de posición Cerrado interruptor automático al vacío de 5 a 15 kV de GMSG-GCB
Instrumentación con funciones
Controlador accesible normalmente al operador - Indicador de posición cerrado GEME 1234
Controlador lógico montado en el campo
Tabla 2. Elementos del lazo PAN29 - 21 pág. 10
SISTEMA DE ARRANQUE VFD
Alarma de temperatura Modelo 401012
Controlador accesible normalmente al operador – Alarma de temperatura del motor(PLL) Este metro tiene a un usuario la característica ajustable de la compensación de la temperatura que acomoda un cambio en la conductividad debido a un cambio en la temperatura de la solución. La compensación de la rebeldía es 2% y aplica a soluciones saladas, uniformes y muy comunes. Otras soluciones han sabido coeficientes de temperatura y el ajuste de la temperatura permite al usuario a ponerlo emparejar la solución. Control lógico accesible normalmente al operador – Alarma de temperatura del motor(PLL)
Alarma de temperatura Modelo 401012 Medidas de temperatura en tablero de control con alarma de alerta
Toma de datos directo en campo Interruptor de temperatura(PLL) interruptores de temperatura DATASTAT®
Los interruptores de temperatura DATASTAT® operan a través de su elemento sensible que es un bulbo, esto asegura una larga vida y superior operación bajo las condiciones de los procesos industriales, al utilizar el principio de presión de vapor del fluido que se encuentra en el bulbo. El contacto on-off de los
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interruptores de temperatura datastat® tiene características que les permiten una gran exactitud en los puntos de disparo, la gran solidez asegura la perfecta operación de nuestros instrumentos, aun en procesos donde exista vibración.
Montado en campo instrumento directo – Transmisor de flujo (Disponibilidad) Transmisor de flujo M300 Declaración de uso previsto: el transmisor de flujo M300 es un instrumento de procesos en línea monocanal o de cuatro canales para la medición de la conductividad o la resistividad de los líquidos. Puede trabajar con diferentes sensores METTLER TOLEDO, que se conectan al transmisor utilizando cables de diferentes longitudes.
Control lógico – Controlador de flujo(Disponibilidad) La Válvula de Control de Flujo modelo 40-01/640-01
Previene el exceso de caudal limitando el flujo a un rango máximo predeterminado, sin importar el cambio de presión en la línea. Es una válvula de diafragma, operada hidráulicamente, controlada por piloto. El piloto de control responde a un diferencial de presión producida a través de un plato de orificio instalado en la descarga de la válvula. Un control confiable es asegurado aun con cambios muy pequeños en el controlador de diferencial de presión que produce una acción correctiva inmediata en la válvula principal. Las calibraciones de rango de flujo se girando el tornillo de ajuste en el
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piloto de control Instrumentación con funciones accesible al operador - Controlador de flujo(Disponibilidad) La Válvula de Control de Flujo modelo 40-01/640-01 Toma de datos digitalmente a través del operador
Indicador de temperatura TERMÓMETRO DIGITAL TI-33Ri plus
Es un indicador de temperatura con comunicación serial que puede operar con hasta tres sensores. Cada entrada de sensor puede ser configurada individualmente por medio del menú de funciones avanzadas, en éste el usuario puede activar o desactivar el uso de cada sensor y ajustar el offset de calibración de ellos. El usuario también tiene a su disposición el cálculo de la temperatura diferencial y promedio entre los sensores, por medio de las funciones Indicador de presión
Sensores de presión SDE1, con indicador
El SDE1-... está previsto para supervisar alteraciones de presión en sistemas de redes neumáticas o terminales y para convertir la presión neumática en valores eléctricos que pueden utilizarse para funciones de control o de regulación. Las mediciones se realizan utilizando un elemento sensor piezorresistivo con una unidad de posterior evaluación. El resultado de la medición se muestra numéricamente en el display.
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Instrumentación discreta montado en campo – Interruptor de tiempo (Estado) Multiproposito 2 canales DW200B
Se instala fácilmente en un canal, Aplicación para bombas electromecánicas, Motores eléctricos, control de refrigeración, Calefactores, condensadores. Capaz de realizar diferentes programaciones cada día de la semana controlando una variable de puntos de encendido y apagado.
Control lógico accesible normalmente al operador – indicador de Tiempo (estado) Serie SRA La Serie SRA es una familia de relevadores de tiempo electrónicos multi-rangos de alta precisión para uso industrial. El rango de tiempo es seleccionable por el usuario. Moviendo simplemente el seleccionador de rangos, localizado en la perilla de ajuste del aparato, se cubren todos los rangos, desde 0.3 seg hasta 30 min. El SRA puede solicitarse para que opere como retardo para entrar, o retardo para salir (intervalo). Todos los relevadores de tiempo cuentan con dos indicadores luminosos: uno para indicar que el relevador de tiempo se encuentra energizado, y otro para indicar que el tiempo ha transcurrido.
Instrumentación con funciones Indicador de tiempo ( Estado) Serie SRA Fácil accesibilidad del operador para toma de datos
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Toma de datos directo en campo Interruptor de Voltaje(Shut down) 34 OTM-C
El interruptor puede ser operado de la posición I a la posición II (o de la II a la I) sin tener que parar en la posición 0. Por ejemplo, si el interruptor I está cerrado y usted presiona el botón (II), la unidad de control coloca el interruptor I en posición abierta y después transfiere el interruptor II de la posición abierta a la cerrada. Para controlar el apagado automático de condiciones de un rango de voltaje Controlador lógico – Alarma de voltaje ( Shut down)
Serie PT1
El alojamiento NEMA 4X de poliester reforzado con fibra de vidrio cuenta con una tapa fija que protege contra toda manipulación indebida. Los diodos indicadores de todas las fases se iluminan para mostrar de manera inequívoca que la protección se ha activado Instrumentación con funciones – Alarma de voltaje (shut down)
Serie PT1
localización primaria para el operario
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Transmisor de corriente eléctrica Transductor de corriente a presión Fisher 846
El transductor de corriente a presión 846, que se muestra en la figura 1‐1, acepta una señal de entrada eléctrica y produce una salida neumática proporcional. Generalmente, una señal de 4 a 20 mA se convierte a 0,2 a 1,0 bar (3 a 15 psi). Hay modelos disponibles en acción directa o inversa y entradas seleccionadas en campo entre rango total y rango dividido. Consultar la sección Calibración para obtener más información sobre las combinaciones de entrada/salida Control lógico accesible normalmente al operador – Transmisor de corriente eléctrica
Transductor de corriente a presión Fisher 846 Control lógico de toma de datos a través de un tablero
Controlador accesible normalmente al operador – Transmisor de corriente eléctrica Transductor de corriente a presión Fisher 846 Instrumentación con funciones, monitoreo compartido
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Interruptor de variador de velocidad
VAT 200
Es un variador de rango medio, con control V/f y control vectorial sin sensor para motores AC, disponibles en los siguientes rangos: - Desde 0.4 hasta 2.2kW a 200V, alimentación monofásica - Desde 0.4 hasta 7.5kW a 200V, alimentación trifásica - Desde 0.75 hasta 55kW a 400V, alimentación trifásica Control lógico accesible normalmente al operador – indicador de velocidad
SEL-849 Relé de Protección a Motor
Implemente control de carga, arranque estrella-delta, control de dos velocidades, control de arranque hacia adelante-reversa y otros esquemas de control como rearranque automático a bajo voltaje.
Controlador accesible normalmente al operador – indicador de velocidad EUROSTAR 200 control P4
Ajusta automáticamente la velocidad mediante tecnología de control por microprocesador dentro del rango de velocidades de 0/4 a 530 rpm (dos rangos de velocidades). El agitador está equipado con puertos RS 232 y USB para controlar y documentar todos los parámetros. Tendencia del torque integrado en la pantalla para la medición
Tabla 3. Elementos del sistema de arranque VFD
VÁLVULAS
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Tabla 4. Válvulas
LÍNEAS DE CONTROL
Tabla 5. Líneas de control
ANÁLISIS DE LAZOS Sistema de Arranque VFD El interruptor de encendido y apagado es el que controla el funcionamiento del sistema de arranque mediante alarmas e indicadores de estado. Mediante un PLL y un PHH se mide la presión con la que sale el fluido de las tuberías de perforación, y estás a su vez hacen parar la máquina cuando la presión está muy alta o muy baja y para esto el sistema de corriente y de alarma general mandan señales mediante los controladores lógicos que están disponibles para el operador.
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Ilustración 1. Sistema de arranque Al salir el fluido de la caja de recirculación pasa por la tuberia donde son inyectados qímicos que aletran la composición de los lodos que salen del pozo de producción como inhibidores de corrosión para que las tuberias no sean afectadas. (Ver tabla 1. Numeración de IQ. Inyección de Químicos).
Ilustración 2. Sistema de inyección de químicos
Químico Inhibidor de corrosión fase líquida Inihibbidor de corrosión fase gas Secuestrante de oxígeno Biocida Desemulsificante Clarificador de agua Antiescala Dispersante de parafina Antiespumante
ITEM 01 02 03 04 05 06 07 08 09
Tabla 6. Numeracion de IQ. Inyección de Químicos
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Realizada la inyección de los respectivos químicos, el fluido pasa por una válvula de bola normalmente abierta, y deja pasar parte de éste hacia otras dos válvulas una bola de ¾” y una de ½” para el análisis en el indicador de presión, luego de esto, los lodos de perforación pasan por tres válvulas más, las cuales son el paso para el controlador analógico, transmisor y controlador de presión respectivos en los que se encuentran alarmas de presión de muy bajo (40 psig), bajo (50 psig) y muy alto nivel (500 psig). Antes de pasar por el transmisor indicador de presión visible para el operdor, se para la bomba mediante una alamar de presión muy baja si fuese este el caso.
Ilustración 3. Lazo PAN29 - 01
Al finalizar los chequeos de presión, los lodos de perforación pasan por otra válvula de bola normalmente abierta que da paso a los transmisores e indicadores de temperatura del fluido, el cual si muestra una temperatura muy baja, hará que se active una bomba (PLL) y pare el trabajo.
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Ilustración 4. Lazo PAN29 – 01 continuación En este lazo se mezclan los lodos que vienen de la tuberia del lazo 01 y los que vienen directamente del pozo de producción pasando por una válvula de bola normalmente abierta al transmisor indicador de presión el cual tiene una alarma para indicar cuando la presión está muy alta (550 psig) y para la bomba, caso contrario el relé diferencial de frecuencia envia una señal eléctrica a la válvula solenoide y el actuador de pistón se activ para dar paso al elemento de seguridad de posición y al control de seguridad de posicipón, para finalmente abrir la válvula diferencial de frecuencia y enviar los lodos de perforación hacia el manifold de producción.
Ilustración 5. Lazo PAN29 - 21
Conclusiones - En este análisis se puede verificar la conexión de las válvulas con ciertos sensores. pág. 21
- En este P&ID podemos identificar relés que automatizan el proceso. - La mayoría de los elementos de este proceso son indicadores y controladores de presión y temperatura, que gracias a las alarmas presentes en cada lazo, envían señales para apagar o mantener encendidas las bombas de succión y que el proceso continua hasta el siguiente estado que es el de producción.
Recomendaciones - Se recomienda la contabilidad de instrumentos para futuros inventarios y mantenimientos de los mismos dentro la buena factibilidad técnica para un correcto funcionamiento continuo. - Para garantizar el proceso de realimentación es recomendable verificar la presión en el proceso de MEDICIÓN ANTES DE QUE LA BOMBA DE nivel muy alto se active y pare el proceso
Bibliografía Castl01. (Septiembre de 2013). Obtenido de https://franklinelinkmx.wordpress.com/2013/09/05/que-es-el-control-pid/ Petroamazonas EP, P. (2011). Ingeniería de detalle - Procesos Simbología. Quito. MCI electronics. (2015). Obtenido de http://www.olimex.cl/tutorials.php?page=tutorial-leerdatasheet Wikispaces. (2015). Obtenido de http://control-pid.wikispaces.com/
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Anexos Anexo 1.
Identificación funcional de instrumentos
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Anexo 2. Símbolos de instrumentos
Anexo 3. Simbología de línea para instrumentos
Anexo 4. Simbología de dispositivos de alivio
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