Sistemas de medida
Clase 2Características dinámicas de los instrumentos
Representación de los procesos industrialesNormas
2
Características dinámicas
Rangeabilidad Velocidad de respuesta Constante de tiempo Amortiguamiento Respuesta en frecuencia Frecuencias de corte Desfasamiento ("phase shift") Frecuencia de resonancia
y(t)G(t)
(a)
(b)
x(t)
valorfinal
valorinicial
y(t)
error(t)
t
t
t
x(t)
Características dinámicas
Función de transferenciaSistemas causales
Error dinámico
x(t)
y(t)
(a) (b)
x(t)
y(t)
retraso VALOR“EXACTO”
VALOR“EXACTO”
t
t t
t
Características dinámicas
Sistemas causalesRetraso permanente
Efecto transitorio debido a un cambio súbito de la entrada
t
t
t
t
t
t
t
t
t t
f f
Características dinámicas
Función de transferenciaModelado teórico (leyes físicas, transformadas de Fourier y de Laplace)
Modelado empírico (identificación de sistemas)
(a)
x y
x
y
y
(b)
(c)
(d)
t
t
t
© ITES-Paraninfo
Factor de amortiguamiento, respuesta a escalón, tiempo de respuesta a escalón, tiempo de subida, tiempo de amortiguamiento, constante de tiempo frecuencia natural.
Características dinámicas
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La diferencia entre comportamiento estático y comportamiento dinámico es que este último siempre depende del tiempo.
Sistemas de primer orden. Sistemas de segundo orden.
Características dinámicas
( ) 1t
Fx t X e
toleranciapermitida
por la precisión
t
ts
tr
x(t)
xF
0,9xF
0,1xF
© ITES-Paraninfo
Sistemas de primer orden
X(t)
t
(a) (c)
t
XF
(b)
t
X(t) X(t)
XF XF
toleranciapermitida
por la precisión
t
ts
tu
x(t)
xF
xmax
© ITES-Paraninfo
Sistemas de segundo orden
Sobreamortiguado Subamortiguado Amortiguamientocrítico
De acuerdo con la ley de Hooke, FK será directamente proporcional al desplazamiento y ; o sea:
Función de transferencia:
Diagrama de bloques
Sistema de orden cero
11
Sistema físico: dinamómetro
KF Ky1
( ) ( )Y s F sK
Sin cambiar las líneas generales del dispositivo, ahora las guías lubricadas que no presentaban fricción, manifiestan fricción viscosa
Función de transferencia:
Diagrama de bloques
12
Sistemas de primer orden
Función de transferencia:
Diagrama de bloques
Con una masa M en la punta libre del resorte, y reajustada la escala de manera que lea 0 cuando sólo actúa la fuerza de la gravedad, de la 2ª Ley de Newton:
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Sistema de segundo orden
Diagrama de Bloques. Diagrama de Flujos (PFD, flowsheets 2D y 3D). Diagrama de Tuberías e Instrumentación (P&ID). Diagramas de Control. Planos de Equipos y la Planta (layout, vistas 2D y 3D). Maquetas de la Planta, Equipos y Proceso.
Normas
ISA S 5.1 – 1984 (R1992)
DIN 19227 – 1 (1977), 2 y 3 (1984), 4 (1985)
ISO 3511 – Partes 1, 2, 3 y 4; ISO 14617 (2002)
Representación de los procesos
14
Planta de limpieza de gases
15
Diagramas de proceso e instrumentos (P&ID)
16
17
Diagramas de proceso e instrumentos (P&ID)
18
Indicadores Transmisores Registradores Convertidores Controladores Actuadores Transductores
Conectados por líneas de transmisión
Neumáticas Eléctricas Digitales Binarias
Diagramas de proceso e instrumentos (P&ID)
Instrumentos
19
Código de identificación o etiqueta de instrumentos.
TRC 2A
Primeraletra
Letras sucesivas
Número del lazo
Sufijo (opcional)
Identificación funcional Identificación del lazo
Norma ANSI/ISA S5.1
TRC-2A
Diagramas de proceso e instrumentos (P&ID)
Ejemplo
20
Diagramas de proceso e instrumentos (P&ID)
Norma ANSI/ISA S5.1
21
Diagramas de proceso e instrumentos (P&ID)
Norma ANSI/ISA S5.1
22
1ª letra: Variable medida o relacionada2ª letra: puede cualificar a la primera
D diferencialF relaciónS seguridadQ integración
3ª y siguientes: Función del InstrumentoI indicadorR registro
C controlT transmisorV válvulaY cálculo
H altoL bajo
A análisisD densidadE voltajeF caudalI corrienteJ potencia
nivelLM humedad
presiónPS velocidadT temperaturaV viscosidad
PesoWposiciónZ
1ª letra
Diagramas de proceso e instrumentos (P&ID)Modo de empleo de P&IDs
Norma ANSI/ISA S5.1
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Diagramas de proceso e instrumentos (P&ID)
Los sistemas de control de procesos se representan en los diagramas de proceso e instrumentos utilizando símbolos e íconos simples
Los P&ID permiten entender el funcionamiento integrado del proceso y del sistema de control
En la norma ISA se emplean líneas sólidas para representar las conexiones del proceso y líneas a trazo discontinuo con marcas para representar las comunicaciones entre los instrumentos
Norma ANSI/ISA S5.1
24
Diagramas de proceso e instrumentos (P&ID)
Conexión a proceso, o enlace mecánico o alimentación de instrumentos.Señal neumática
Señal eléctrica
Señal eléctrica (alternativa)
Tubo capilar
Señal sonora o electromagnética guiada (incluye calor, radio, nuclear, luz)Señal sonora o electromagnética no guiada
Señal de software o datos
Conexión mecánica
Señal hidráulica Norma ANSI/ISA S5.1
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» Los instrumentos de los lazos de control se representan por un círculoen cuyo interior se colocan las letras que designan al instrumento.
» El bucle (lazo de control) al que pertenece se identifica por un número y el símbolo indica la localización física del instrumento
» La identificación del tipo de instrumento se realiza con dos o másletras:
• La primera indica el tipo de variable que se mide, se indica, setransmite o se controla. p.e. T indica temperatura.
• La segunda letra indica la función que realiza el instrumento en elbucle (control (C), indicación (I), registro (R), etc. Ejemplos:
» TC controlador de temperatura» FT transmisor de caudal (Flow transmitter)» PC controlador de Presión. (Pressure controller)» LR registrador de nivel (Level register)» TI indicador de temperatura (Temperature indicator)
Diagramas de proceso e instrumentos (P&ID)
Norma ANSI/ISA S5.1
26
Un diagrama de instrumentación
es una descripción
gráfica de un proceso que muestra una
vista general de los instrumentos empleados en un
formato estándar
Diagramas de proceso e instrumentos (P&ID)
Norma ANSI/ISA S5.1
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PDT LRC PIC
TDT
DT
FY FFC ST
de presión
Cálculo de caudalControlador de
Relación de caudalTransmisor de
velocidadTransmisor diferencial
de temperatura
densidadde presiónTransmisor diferencial Controlador reg. Controlador indicador Transmisor de
de caudal
Diagramas de proceso e instrumentos (P&ID)
Ejemplos de P&ID
Norma ANSI/ISA S5.1
28
LRC
128
PT
014
Montaje en campo
o alimentación
Señal neumática
Conexión al proceso
Montaje en panel
Señal eléctrica
El número es el mismo en todos los instrumentos de un mismo bucle de regulación
Diagramas de proceso e instrumentos (P&ID)
Instrumentos análogos
Norma ANSI/ISA S5.1
29
LRC
128
PT
014
Normalmente no accesible al operario
Accesible al operario
• Comparte varias funciones:monitor, control, etc.
• Configurable por software• Acceso por red
• Controlador de DCS, reguladorpor microprocesador,...
Diagramas de proceso e instrumentos (P&ID)
Instrumentos digitales
Norma ANSI/ISA S5.1
30
LRC
128
• Indica computador distinto delcontrolador de un DCS
• Varias funciones: DDC,registro, alarmas, etc.
• Acceso por red
• Indica conexión software opor red digital
Diagramas de proceso e instrumentos (P&ID)
Instrumentos digitales
Norma ANSI/ISA S5.1
31
Control lógico o secuencial PLC o secuencias/ lógica de un DCS
Accesible al operario
No accesible al operario
Diagramas de proceso e instrumentos (P&ID)
Instrumentos digitales
Norma ANSI/ISA S5.1
EE 24VDC
WS 80 PSI
LV 1
LSH-1
LSL
LTI-1
PLACA DE ORIFICIO
FTI-1
TANQUE 2(METÁLICO)
TANQUE 1(ACRÍLICO)
LV 2
EE 220V - 1 FASE
EE 120 VAC
EE 120 VAC
EE 220V - 3 FASES
DRENAJEDRENAJE
EE 120 VAC
FY
4 – 20 mA.
4 - 20 mA.
VARIADOR DE FRECUENCIA
PLC
PC
FS
FS
FI
IP
AS 90PSI
4 - 20 mA.
0 – 10 VDC.
LG
LSH-2
LISHL
LTI-2
S
S
4 – 20 mA.
4 – 20 mA.
FVFE
FY
FTI-2 FCI
NOTA 1
32Norma ANSI/ISA S5.1
33Norma ANSI/ISA S5.1
34Norma ANSI/ISA S5.1
Otros Diagramas y Planos
•
•
•
•
•
Plano Layout
Plano Mecánico Planta
Plano Mecánico Elevación
Plano Eléctrico
Plano Isométrico
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CÓDIGOS IP , IK
Definiciones
Envolvente: Es el elemento que proporciona la protección del material contra las influencias externas y en cualquier dirección, la protección contra los contactos directos.
Esta definición, que se ha extraído del Vocabulario Electrotécnico Internacional (VEI 826-03-12), necesita alguna aclaración antes de aplicarla para la explicación de los grados de protección.
Las envolventes proporcionan también la protección de las personas contra el acceso a partes peligrosas y la protección del material contra los efectos nocivos de los impactos mecánicos. Se considerará parte de dicha envolvente, todo accesorio o tapa que sea solidario con o forme parte de ella y que impida o limite la penetración de objetos en la envolvente, salvo que sea posible quitar las tapas sin la ayuda de una herramienta o llave.
36
Grado de protección: Es el nivel de protección proporcionado por una envolvente contra el acceso a las partes peligrosas, contra la penetración de cuerpos sólidos extraños, contra la penetración de agua o contra los impactos mecánicos exteriores, y que además se verifica mediante métodos de ensayo normalizados.
Existen dos tipos de grados de protección y cada uno de ellos, tiene un sistema de codificación diferente, el Código IP y el Código IK. Los tres primeros epígrafes anteriores estarían contemplados en el código IP y el último en el código IK.Estos códigos se encuentran descritos en una norma, en las que además se indican la forma de realizar los ensayos para su verificación: • Código IP: UNE 20324, que es equivalente a la norma europea EN
60529. (CEI 70-1 - IEC 529 - IEC 144 - UTE C 20-010 - DIN 0050 Standards)
• Código IK: UNE-EN 50102
37
CÓDIGOS IP , IK
38
CÓDIGOS IP
39
CÓDIGOS IP
40
CÓDIGOS IP
41
CÓDIGOS IP
IP
42
CÓDIGOS IK
43
CÓDIGOS NEMA
NEMA
44
IEC vs NEMA
•Creus Sole, Antonio. “Instrumentación Industrial”. 8ª Edición. ALFAOMEGA. México, 2010. Pág. 1 – 59
•Bentley, John. “Sistemas de Medición. Principios y Aplicaciones”. CECSA
•Navarro, Héctor. “Instrumentación Electrónica Moderna”. Editorial Innovación Tecnológica-Facultad de Ingeniería Universidad Central de Venezuela. Caracas Venezuela. 1995. Pag. 285.
•Pallas Areny, Ramón. “Sensores y Acondicionadores de Señal”. Editorial Marcombo, D.F. México. 2001 Pag. 480.
•Pérez García, Miguel, y otros. Instrumentación Electrónica. 2ª edición. THOMSON, Madrid, España. 2004
Bibliografía
•Hernández Cid, Juan Manuel. Notas de clase Instrumentación y Control. ITESO (autor corporativo). E-mail: [email protected]
•Marga Marcos, Itziar Cabanes, Eva Portillo, 2006
•METRING C.A. Protección según IEC. Hoja de Información 10.65. www.metring.com•
Bibliografía
TC
Cooling Coils
MonomerFeed
Cooling Water to Sewer
Cooling Water In
Thermocouple
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