Introducción a La Instrumentación y Control - InEGAS - I y II

* Ing. MSc. Harold Alconz Ingala / RNI 11.214 SIB

[email protected] [email protected]

Vibration Analyst: Category III – III – ISO ISO 18436-2 CN: 1106-1141B (*) Harold Alconz Ingala: es Ingeniero Mecánico, Magister en Ingeniería de Mantenimiento, especialista en Atmósferas Explosivas ATEX, Especialista en Gestión de Mantenimiento, Especialista en Ingeniería de Confiabilidad y Riesgo, Inspector de Puentes Grúa/Pórtico, Experto en Medición en Transferencia de Custodia, Especialista en Programación, Mantenimiento y Troubleshooting en PLC´s – PLC´s – Allen Allen Bradley – Bradley – Familia Familia SLC 500/PLC 5, Analista de Vibraciones Categoría III ISO 18436-2 (Vibration Institute), Nivel I en Termografía (ASNT), Facilitador de Grupos de Análisis RCM2 – RCM2 – Reliability Reliability Centered Maintenance, con 13 años de experiencia en el transporte de hidrocarburos y mantenimiento predictivo. Realizó sus estudios en la Facultad de Ciencias y Tecnología de la Universidad Mayor de San Simón. Fue auxiliar del departamento de Ingeniería Mecánica – Mecánica – Proyecto Proyecto de Extensión e Investigación de 1996 a 1997 y auxiliar de catedra de

Harold Alconz Ingala

1

Vibration Analyst Certified: Category III Vibration Institute USA ISO 18436-2 CN: 1106-1141B

Harold Alconz Ingala MSc. Ing. Vibration Analyst: Category III – ISO 18436-2

[email protected] MSc. Ing. Harold Alconz [email protected]

Harold Alconz CV Funciones: Supervisor de Mantenimiento Predictivo Facilitador de Grupos de Análisis RCM II Especialista en Atmósferas Explosivas Formación: Ingeniero Mecánico – FCyT UMSS / 1997 Máster en Ingeniería de Mantenimiento – EUP UMSS / 2009 Diplomado en Educación Superior – UAGRM / 2012 Diplomado en Instrumentación y Control en Plantas de Proceso – INEGAS UAGRM / 2012 Certificaciones: Vibration Analyst: Analyst: Category III – ISO 18436-2 “Vibration Institute” USA / CN: 1106-1141B / Junio 2011 Inspector de Grúas Puente/Pórtico “Crane Inspection & Certification Bureau” / CN: IGPP– 6077 / Abril 2011 Thermography Analyst: Analyst: Level I – SNT-TC-1A “ASNT” USA / CN: AD NDT 1384 / Octubre 2011 IsmATEX: Level 1-EM – INERIS (NB-80) France / CN: NB-80-13456 / Febrero 2012

2

Áreas de Experiencia: Experiencia: Metalmecánica – Industrias Scout/Intermet 1997 - 2000 Operaciones – Transredes S.A. 2000 - 2005 Ingeniería de Seguridad en Atmosferas Explosivas – Transredes S.A. 2005 – 2006 Especialización: Especialista en Gestión de Mantenimiento - Facilitador de Grupos de Análisis RCM Especialista en Atmósferas Explosivas ATEX – Clasificación de Áreas Especialista en Programación, Mantenimiento y Troubleshooting en PLC´s – Allen Bradley

Harold Alconz Ingala MSc. Ing.

Presentación Presentac ión - Usted

3 Harold Alconz Ingala MSc. Ing.

Paro seguro de emergencia

Switch Transmisores Termocuplas RTD Pickup Magnéticos

Señales de Campo

volts mA mV ohms Hz

4 Harold Alconz Ingala MSc. Ing. Vibration Analyst: Category III – ISO 18436-2

B/U RELES

Solenoides Actuadores

volts mA Señal a Datos

MÓDULOS DE ENTRADA 0-4095 0-30480

1011 0111

Tabla de Datos

Programa Decisiones en base a Datos

Datos a Señal

MÓDULOS DE SALIDA 1011 0111

0-4095 0-30480


Señales a Campo

Literatura Básica Introducción a la Instrumentación y Control Compilación de diapositivas

CD


Horario y Algunas Recomendaciones Horario: Hrs. 19:00 a 20:30 Descanso de 15 minutos Hrs. 20:45 a 22:00

Fechas: Martes 27, Jueves 29 y Viernes 30 de Agosto

Martes 03, Jueves 05 y Viernes 06 de Septiembre Martes 10, Jueves 12 y Viernes 13 de Septiembre Se recomienda por lo menos 1 hora diaria de lectura durante las tres semanas del modulo 6 Harold Alconz Ingala MSc. Ing.

YPFB Transporte

Aprox. 3.000 km (Ø2” a Ø36”) 16 Estaciones de Compresión Aprox. 59.000 HP Participación accionaria en el Gasoducto Bolivia-Brasil

51%

Gas TransBoliviano S.A.

12%

Transportadora Brasileira Gasoduto Bolivia-Brasil S.A.


Petróleo Crudo Petróleo Reconstituido Gas Natural GLP

Aprox. 2.800 km (Ø2” a Ø16”) 19 Estaciones de Bombeo Aprox. 42.000 HP

Objetivos del módulo Los objetivos del módulo son: Conocer los diferentes tipos de instrumentación que se utilizan en los sistemas de control en procesos industriales y describir el principio de funcionamiento de los mismos Conocer y describir los componentes básicos de un sistema de control en procesos industriales Realizar pequeñas rutinas de programación en PLC´s e Interpretar diagramas de conexionado y cableado de instrumentos analógicos y discretos Realizar seguimiento al cableado y conexionado de instrumentos analógicos y discretos


Temario Introducción a la instrumentación y control Medición de Presión Medición de Temperatura Medición de Nivel Medición de Caudal Control de Procesos Controladores Lógicos Programables PLC´s Diagramas de Proceso y P&ID Diagramas de Lazos Neumáticos, Hidráulicos, Eléctricos y por Comunicación 9 Harold Alconz Ingala MSc. Ing.

Sistema de evaluación Examen escrito al finalizar el modulo, 10 preguntas de selección múltiple Trabajo individual – Elaboración de una pequeña rutina de control Trabajo grupal – 3 personas – Cableado de un instrumento y búsqueda de falla


Fundamento pedagógico y diseño instruccional

Benjamín Franklin (1706-1790) Inventor, científico, político Estadounidense


Técnicas y prácticas innovadoras para lograr competencias



Introducción Industria Moderna • Calidad • Cantidad • Competitividad

Automatización de sus procesos


•

Funcionamiento los instrumentos

de

•

Sistemas de control

•

Papel que juegan dentro del control de procesos

Surge la necesidad de conocer y entender:

Introducción Proceso Industrial

•

Alimentos

•

Energía

•

Siderurgia

•

Papelera

•

Textil

•

Oil & Gas, etc.

Es necesario controlar y mantener constante algunas variables o bien en un valor variable con el tiempo de acuerdo con una relación predeterminada, o bien guardando relación determina con otra variable


Instrumentación básica de proceso Controlador indicador o registrador Señal neumática

Señal eléctrica

Purgador del condensado Transmisor

Salida del producto (CALIENTE)

15

Vapor (Fluido o agente de control) Elemento primario

Elemento de medida Transmisor

Indicador Registrador

Controlador

Elemento final


Elemento final de control

Entrada del producto (FRIO)

Bucle o lazo de control: Abierto o Cerrado

Instrumentación básica de proceso Indicador o registrador

Valor deseado ±

error CONTROLADOR

Elemento de transmisión

Salida del producto (CALIENTE)


Elemento primario de medida


Fluido o agente de control

Entrada del producto (FRIO)

Clasificación de los instrumentos Instrumentos de medición y Control

La función que cumple el instrumento La variable de proceso u operacional a la que pertenecen El tipo de instrumento 17 Harold Alconz Ingala MSc. Ing.

Clasificación de los instrumentos Por la función que cumple el instrumento se clasifican en: indicación visible, Instrumentos ciegos Sin Switch de P y T Indicador y escala Instrumentos indicadores Analógicos y digitales

Indicadores Transmisores

Instrumentos registradores

Controladores

Elementos primarios Transmisores

Contacto directo con la variable Utilizan o absorben energía

Captan la variable de proceso a través del EP Transmiten la señal 3 - 15 Psig o 4 – 20 mA

Transductores

Reciben una señal de entrada función de una o mas cantidades físicas y la convierten en una señal de salida

Convertidores

Reciben una señal de entrada I o P y la convierten en una señal estándar P/I o I/P

Receptores

Reciben las señales de los transmisores y las indican o registran. Pueden también enviar una señal de salida

Controladores 18

Trazo continuo o a puntos Circular o rectangular

Comparan la variable controlada con el valor deseado y ejercen una acción según la desviación



Reciben la señal del controlador y modifica el caudal del agente de control

Registradores

Clasificación de los instrumentos Por la variable de proceso u operacional a la que pertenecen:

Instrumentos de presión Instrumentos de temperatura Instrumentos de nivel Instrumentos de caudal Etc. 19 Harold Alconz Ingala MSc. Ing.

Clasificación de los instrumentos


Fuente: Fig. 1.12 Clases de Instrumentos - “Instrumentación Industrial” – Antonio Creus

Clasificación de los instrumentos Por el tipo de instrumento se clasifican en:

Instrumentos Mecánicos Instrumentos Eléctricos Instrumentos Electromecánicos Instrumentos Electrónicos Instrumentos Neumáticos Instrumentos Hidráulicos 21 Harold Alconz Ingala MSc. Ing.

Transmisores

Transmisión Neumática

SAMA “Scientific Apparatus Makers Association”

Transmisión Electrónica

Relación de 1a5

Transmisión Digital Transmisión Hidráulica 22

Transmisión Telemétrica


1-5 V cc (250Ω)

Transmisores

Por ejemplo: Si la señal que maneja el microprocesador es de 8 Bits (Byte), entonces puede enviar 8 señales binarias de manera simultanea 4 mA  00000000

 0

20 mA  11111111  255 255 = 1 ∙ 2 + 1 ∙ 2 + 1 ∙ 2 + ⋯ + 1 ∙ 27


Metrología

William Thomson Kelvin (1824-1907) Físico y Matemático Británico


Metrología

La medición es el “proceso por el cual se asignan números o símbolos a atributos de entidades del mundo real de tal forma que los describa de acuerdo con reglas o patrones claramente definidos"


Metrología

Magnitudes Fundamentales Magnitudes Derivadas


Metrología

MAGNITUD BASE

NOMBRE

SÍMBOLO

metro kilogramo segundo

m kg s

Corriente eléctrica Temperatura termodinámica Cantidad de sustancia

Ampere Kelvin mol

A K mol

Intensidad luminosa

candela

cd

Longitud Masa Tiempo


Definiciones en control Campo de medida (range): Espectro o conjunto de valores de la variable medida que están comprendidos dentro de los limites superior e inferior de la capacidad de medida o de transmisión del instrumento

Alcance (span): Es la diferencia algebraica entre los valores superior e inferior del campo de medida del instrumento


Definiciones en control Campo de medida (range): Espectro o conjunto de valores de la variable medida que están comprendidos dentro de los limites superior e inferior de la capacidad de medida o de transmisión del instrumento

Alcance (span): Es la diferencia algebraica entre los valores superior e inferior del campo de medida del instrumento

Error: Es la diferencia algebraica entre el valor leído o transmitido por el instrumento y el valor real de la variable medida

• Error de span • Error de cero 29 Harold Alconz Ingala MSc. Ing.

• Error de linealización

Definiciones en control • Error de span En el error de span, la desviación del valor ideal varía en diferentes puntos a lo largo del rango del instrumento. Normalmente se incrementa, cuando la señal de entrada se incrementa


• Error de cero Un instrumento tiene un error de cero cuando todas las indicaciones del instrumento son consistentemente altos o consistentemente bajos a través del rango completo del instrumento cuando es comparado con la salida deseada

Definiciones en control • Errores de span y de cero combinados

• Error de linealidad Es cuando el resultado de la salida no presenta una línea recta con respecto al valor de entrada. El error de no linealidad puede ser corregido durante la calibración si el instrumento tiene un ajuste de no linealidad. Generalmente se recomienda tomar 5 puntos


Definiciones en control • Error sistemático y error aleatorio


Definiciones en control Incertidumbre (uncertainty):

Es la dispersión de los valores que pueden ser atribuibles razonablemente al verdadero valor de la magnitud medida. En su cálculo intervienen muchos factores

33

Caracteriza la calidad del resultado de una medición Refleja la imposibilidad de conocer exactamente el valor medido Corresponde a la duda del resultado de medición


Definiciones en control Exactitud: La exactitud caracteriza la capacidad de instrumento para dar indicaciones aproximadas al valor verdadero de la magnitud medida

Precisión (accuracy): Es la tolerancia de medida o de transmisión del instrumento (intervalo donde es admisible que se sitúe la magnitud de la medida), y define los limites de los errores cometidos cuando el instrumento se emplea en condiciones normales de servicio durante un período de tiempo determinado

Tanto por ciento del span (alcance) Directamente, en unidades de la variable medida Tanto por ciento de la lectura efectuada Tanto por ciento del valor máx. del rango de medida


Tanto por ciento de la longitud de la escala

Definiciones en control Diferencia entre exactitud y precisión:

Fabricante 35

Usuario


Definiciones en control Zona muerta (dead zone o dead band): Es el campo de valores de la variable que no hace variar la indicación o la señal de salida del instrumento, es decir, que no produce su respuesta. Viene dada en tanto por ciento del span de la medida

Sensibilidad (sensitivity): Es la razón entre el incremento de la lectura y el incremento de la variable que lo ocasiona, después de haberse alcanzado el estado de reposo. Viene dada en tanto por ciento del span de la medida 36 Harold Alconz Ingala MSc. Ing.

Transmisor de presión 0-10 bar

(,3−,9)/(−4) (,−)/

= ±0,5 mA/bar

Definiciones en control Repetibilidad (repeatibility): Es la capacidad de reproducción de la pluma o del índice o de la señal de salida del instrumento al medir repetidamente valores idénticos de la variable en las mismas condiciones de servicio y en el mismo sentido de variación, recorriendo todo el rango. Se considera en general su valor máximo y se expresa en tanto por ciento del span Variable

Indicación


Indicación

Desde 0 a 0,5

0,502

Desde 0 a 5,5

5,505

Desde 0 a 1,0

1,006

Desde 0 a 6,0

6,006

Desde 0 a 1,5

1,509

Desde 0 a 6,5

6,501

Desde 0 a 2,0

2,008

Desde 0 a 7,0

7,003

Desde 0 a 2,5

2,506

Desde 0 a 7,5

7,504

Desde 0 a 3,0

3,007

Desde 0 a 8,0

8,009

Desde 0 a 3,5

3,503

Desde 0 a 8,5

8,508

Desde 0 a 4,0

4,006

Desde 0 a 9,0

9,008

Desde 0 a 4,5

4,507

Desde 0 a 9,5

9,509

Desde 0 a 5,0

5,010

Desde 0 a 10,0

10,005

 =

37

Variable

(  ) 

Definiciones en control Histéresis (hysteresis): Es la diferencia máxima que se observa en los valores indicados por el índice o pluma del instrumento para el mismo valor cualquiera del rango de medida, cuando la variable recorre toda la escala en los dos sentidos, ascendente y descendente. Se expresa en tanto por ciento del span de la medida

(4−399) (−)


∗ 100= ±0,2%

Definiciones en control Trazabilidad: Propiedad por la cual el resultado de una medición o el valor de un patrón puede ser relacionado a los patrones de referencia a través de una cadena ininterrumpida de comparaciones.

Aceptado como exacto

Calibrar patrones de trabajo

Calibrar instrumentos de campo




Definición

Control de presión en procesos industriales

DAÑOS 41 Harold Alconz Ingala MSc. Ing.

Definición =

1  = 1


 

   

=

 

  

Clases de presiones Presión Absoluta – A y A´ Presión Atmosférica (barométrica) Presión Relativa (manométrica) – B, B´ y B´´ Presión Diferencial – C y C´ Vacío

760 mmHg – 14,7 Psia


Instrumentos de presión Por el tipo de instrumento se clasifican en tres grupos: Mecánicos Neumáticos Electromecánicos y electrónicos Por la función que cumplen se clasifican en dos grupos: Indicadores Transmisores 44 Harold Alconz Ingala MSc. Ing.

Instrumentos de presión Por el tipo de instrumento: Mecánicos


Instrumentos de presión Por el tipo de instrumento: Mecánicos


Instrumentos de presión Características de los medidores de presión mecánicos


Instrumentos de presión Por el tipo de instrumento: Electromecánicos



Transmisores electrónicos de equilibrio de fuerzas



Resistivos Magnéticos

   

Capacitivos Extensométricos Piezoeléctricos


Instrumentos de presión Transductores Capacitivos:



Tamaño pequeño Construcción robusta Adecuado para medidas estáticas y dinámicas • Rango: 0,5 – 600 bar • Precisión: ±0,2 a ±0,5 % • • •


• •

Sensible a las variaciones de temperatura Sensible a las aceleraciones transversales


Tamaño pequeño Construcción robusta Adecuado para medidas estáticas y dinámicas • Rango: 0,5 – 600 bar • Precisión: ±0,2 a ±0,5 % • • •


• •

Sensible a las variaciones de temperatura Sensible a las aceleraciones transversales

Instrumentos de presión Características de los transductores electromecánicos de presión


Introducción a La Instrumentación y Control - InEGAS - I y II

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