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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS“Decana de América”FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICAINFORME N°2 - GRUPO N°CURSO: LABORATORIO DE SISTEMA DE CONTROL ITEMA: INSTRUMENTACIÓN BÁSICADOCENTE: ING JOSE LUIS MESTAS RAMOSINTEGRANTES:CCENCHO CONDORI IVAN 17190192DE LA CRUZ ARANA FIDEL 1719...

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

“Decana de América” FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA

INFORME N°2 - GRUPO N°6

CURSO: LABORATORIO DE SISTEMA DE CONTROL I TEMA: INSTRUMENTACIÓN BÁSICA DOCENTE: ING JOSE LUIS MESTAS RAMOS INTEGRANTES: CCENCHO CONDORI IVAN

17190192

DE LA CRUZ ARANA FIDEL

17190237

INGA GUTIÉRREZ JOSUE

18190231

LOPEZ BRAVO KEVIN

17190061

VICENTE CABELLO MARCIO

17190220

LIMA, 14 DE JULIO DEL 2021

INDICE MARCO TEÓRICO ................................................................................... 3

I. II.

OBJETIVOS ......................................................................................... 3

III.

PROCEDIMIENTO ................................................................................ 4

1. SIMBOLOGÍA ISA ............................................................................ 4 1.1 DEFINICIÓN ..................................................................................... 4 1.2

NORMA ISA (Instrument Society of America) .................................. 4

1.3

APLICACIONES DE LA NORMA EN GENERAL ................................... 5

1.4 NOTAS EXPLICATIVAS: ................................................................... 5 2. SIMBOLOGIA SAMA ......................................................................... 9 2.1 HISTORIA ........................................................................................ 9 2.2 DEFINICION ..................................................................................... 9 2.3 GENERALIDADES .............................................................................. 9 2.4 APLICACIONES ................................................................................. 9 2.5 NOTACION SAMA ........................................................................... 10 3. VARIABLES DE PROCESO .............................................................. 14 3.1 DEFINICION ................................................................................... 14 3.2 IMPORTANCIA................................................................................ 14 3.3 PRESION........................................................................................ 14 3.4 TEMPERATURA ............................................................................... 15 3.5 NIVEL ............................................................................................ 17 3.6 CAUDAL ......................................................................................... 18 4. LAZO DE CONTROL ........................................................................ 20 4.1 DEFINICION ................................................................................... 20 4.2 PROPOSITO ................................................................................... 20 4.3 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO................................................... 20 4.4 DESCRIPCIÓN DE TÉRMINOS DE UN LAZO DE CONTROL ................. 21 4.5 APLICACIONES ............................................................................... 22 5. OPERACIONES CON CONTROLADORES ....................................... 24 5.1 TIPOS ............................................................................................ 24 5.2 EL PLC ........................................................................................... 25 5.3 SCADA ........................................................................................... 27 IV.

APLICACIONES ................................................................................. 29

V. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES ..................................................... 31 VI.

BIBLIOGRAFÍA .................................................................................. 32

I.

MARCO TEÓRICO

El proceso en el que el conjunto de varios instrumentos eléctricos, de medición y control interconectados para medir, analizar y controlar las magnitudes físicas eléctricas y no eléctricas se denomina Instrumentación. La instrumentación se clasifica a su vez en diferentes tipos, como la instrumentación eléctrica, la instrumentación industrial, la instrumentación electrónica, la instrumentación mecánica, etc. Para controlar cualquier cantidad, se debe medir principalmente esa magnitud en particular. Después de medir la cantidad deseada, los valores medidos se transmiten con fines de indicación, cálculo o de control, ya sea con funcionamiento manual o automático. En una operación de control automático la cantidad puede ser controlada usando la señal de control enviada por la CPU a los dispositivos de control. En la práctica, los sensores leen los distintos datos de campo como el caudal, la presión, el desplazamiento, las vibraciones, etc., y los transmiten a los sistemas de control que regularán estas cantidades variables. En la industria, el control se lleva a cabo, normalmente, por autómatas programables (PLC) o sistemas de control distribuidos (DCS). El primer paso del funcionamiento de la instrumentación industrial, como ya hemos comentado anteriormente, es la medición. Si no podemos medir algo, es realmente inútil tratar de controlarlo. Se suele adoptar una de las siguientes formas en la industria: • • • • • • • • •

II.

La presión del fluido El flujo de los fluidos La temperatura de un objeto El volumen de fluido almacenado en un recipiente La concentración química La posición de la máquina, el movimiento o la aceleración Las dimensiones físicas de un objeto El Recuento (inventario) de objetos El Voltaje, la corriente o resistencia eléctrica, etc.

OBJETIVOS

•

Conocer los diversos símbolos usados para las normas ISA y SAMA.

•

Definir instrumentos usados en la instrumentación básica como parte de nuestra formación académica.

•

El propósito de la norma ISA y SAMA es establecer un medio uniforme de designación los instrumentos y los sistemas de instrumentación usados para la medición y control.

III.

PROCEDIMIENTO

1. SIMBOLOGÍA ISA 1.1 DEFINICIÓN Para designar y representar los instrumentos de medición y control se emplean normas muy variadas que a veces varían de industria en industria. Esta gran variedad de normas y sistemas utilizados en las organizaciones industriales indica la necesidad universal de una normalización en este campo. Varias sociedades han dirigido sus esfuerzos en este sentido, y entre ellas se encuentran, como más importantes, la ISA (Instrument Society of America) de la Sociedad de Instrumentos de Estados Unidos y la DIN alemana, cuyas normas tienen por objeto establecer sistemas de designación (código y símbolos) de aplicación a las industrias químicas, petroquímicas, aire acondicionado, etc. 1.2 NORMA ISA (Instrument Society of America) • ANSI/ISA-S5.1 (Identificación y símbolos de instrumentación) • ANSI/ISA-S5.2 (Diagramas lógicos binarios para operaciones de procesos) • ISA-S5.3 (Símbolos gráficos para control distribuido, sistemas lógicos y computarizados) • ANSI/ISA-S5.4 (Diagramas de lazo de instrumentación) • ANSI/ISA-S5.5(Símbolos gráficos para visualización de procesos)

Instrumentos de campo y panel

1.3 • • • • • • • • •

APLICACIONES DE LA NORMA EN GENERAL

Bocetos del plan. Papeles técnicos, literatura y discusiones. Diagramas de sistemas de instrumentación, diagramas de vuelta, diagramas lógicos. Descripciones funcionales. Diagramas de flujo: Procesos, Mecánicos, Ingeniería, Sistemas, que Conduce por tuberías (el Proceso) e instrumentación. Dibujos de construcción. Especificaciones, órdenes de compra, manifiestos, y otras listas. Identificación (etiquetando) de instrumentos y funciones de control. Instalación, operación e instrucciones de mantenimiento, dibujos, y archivos. 1.4 NOTAS EXPLICATIVAS: •

•

• • •

•

•

La forma gramatical de los significados de las letras sucesivas puede modificarse según se requiera. Por ejemplo, “indicar” puede aplicarse como “indicador” o “indicación”, “transmitir” como “transmisor” o “transmitiendo”, etc. Cualquier primera letra, utilizada con las letras de modificación D (diferencial), F (relación), M (momentáneo), K (variación de tiempo) o Q (integración o totalización) o cualquier combinación de las mismas, tiene por objeto representar una nueva variable medida. Por ejemplo, los instrumentos TDI y TI indican dos variables distintas, la temperatura diferencial y la temperatura. El empleo de la letra U como “multivariable” en lugar de una combinación de primeras letras, es opcional. El empleo de los términos de modificaciones: “alto”, “bajo”, “medio” o “intermedio” y “exploración”, es opcional. El término “seguridad” sólo debe aplicarse a elementos primarios y a elementos finales de control que protejan contra condiciones de emergencia (peligrosas). Por este motivo, una válvula autorreguladora de presión que regula la presión de salida de un sistema debe ser PCV, pero si esta misma válvula se emplea contra condiciones de emergencia, se designa PSV. La designación PSV se aplica a todas las válvulas proyectadas para proteger contra condiciones de emergencia de presión. La letra de función pasiva G se aplica a los instrumentos que proporcionan una visión directa no calibrada del proceso, por ejemplo, niveles visuales y monitores de televisión. La letra “indicación” se refiere a la lectura de una medida real analógica o digital de proceso. En el caso de un ajuste manual puede emplearse para la indicación del dial o del ajuste, por ejemplo, el valor de la variable de iniciación.

•

•

•

• •

•

Una luz piloto que es parte de un bucle de control debe designarse por una primera letra seguida de la letra sucesiva L. Por ejemplo, una luz piloto que indica un período de tiempo terminado se designará KQL. Los términos: “alto”, “bajo” y “medio” o “intermedio” deben corresponder a valores de la variable medida, no a los de la señal, a menos que se indique de otro modo. Por ejemplo, una alarma de nivel alto derivada de una señal de un transmisor de nivel de acción inversa debe designarse LAH, incluso aunque la alarma sea actuada cuando la señal cae a un valor bajo. Los términos “alto” y “bajo”, cuando se aplican a válvulas, o a otros dispositivos de cierre-apertura, se definen como sigue: “alto” indica que la válvula está o se aproxima a la posición de apertura completa y “bajo” denota que se acerca o está en la posición completamente cerrada. La palabra “registro” se aplica a cualquier forma de almacenamiento de información que permite su recuperación por otros sistemas. El término “transmisor” se aplica a un instrumento que capta una señal de proceso a través de un sensor y la transmite de acuerdo con una función predeterminada de la variable de proceso, en una forma de señal de salida de instrumentos (neumática, electrónica o digital), mientras que un convertidor la recibe en una forma de señal de instrumentos y la convierte a otra forma de señal de instrumentos (por ejemplo, recibe 0,2 a 1 bar y la pasa a 4-20 mA c.c.). La primera letra Y se usa para la monitorización de respuestas repuestas ligadas a eventos en lugar de estar ligadas al tiempo o a la programación de tiempo. La letra Y también puede significar presencia o estado.

Posibles combinaciones de letras

Símbolos de señales

Símbolos de funciones

Símbolos válvulas

Símbolos de autorreguladores

2.

SIMBOLOGIA SAMA

2.1 HISTORIA Por sus siglas, ASOCIACIÓN COMERCIAL DE APARATOS CIENTIFICOS o LA ASOCIACIÓN CIENTÍFICA DE FABRICANTES DE APARATOS, fue fundada en 1918. Aproximadamente está conformada por 200 empresas. Comprende ciertas áreas dedicadas como: proyecto, fabricación y distribución de instrumentos, aparatos y equipos empleados para medición, análisis y control Comprende siete secciones comprendido en: instrumentos analíticos, aparatos de laboratorio, instrumentos de medición y ensayo, instrumentos nucleares ópticos, de medición y control procesos, mobiliario y equipos para laboratorios científicos. 2.2 DEFINICION El método sama (scientific, aparatus makers association) de diagramas funcionales que emplean para las funciones block y las designaciones de funciones. Para ayudar en procesos industriales donde la simbología binaria es extremadamente útil aparecen nuevos símbolos binarios en líneas. 2.3 GENERALIDADES En todo proceso trabajan diferentes usuarios o especialidades. La estandarización debe reconocer esta realidad y además ser consistente con los objetivos del estándar, por lo tanto, debe entregar métodos para una simbología alternativa. 2.4 APLICACIONES 2.4.1 APLICACIONES INDUSTRIALES La estandarización de la instrumentación es importante para diversas industrias como: • • • • • •

Industria química Industria petrolera Generación eléctrica Aire acondicionado Refinadoras de metales Otros procesos industriales.

Existen otros campos con instrumentos muy especializados y diferentes a la industria convencional como: • • •

Astronomía Navegación Medicina

Ningún esfuerzo especifico se ha hecho para establecer una norma que reúna lo requerimientos de estas actividades, sin embargo se espera que la norma sea lo suficientemente flexible como para abarcar áreas muy especializadas.

2.4.2 APLICACIONES EN PROCESOS El estándar es recomendable emplearlo cada vez que se requiera cualquier referencia para un instrumento o para una función de control de un sistema con los propósitos de identificación y simbolización. • • • • • • • • • •

Esquemas diseño Ejemplos para enseñanza Fichas técnicas, literatura y discusiones Diagramas en sistemas de instrumentación, diagramas lógicos, diagramas de lazos en procesos. Descripciones funcionales Diagramas de flujo en: procesos, sistemas, elementos mecánicos, tuberías de procesos e instrumentación Dibujos de construcción Especificaciones, órdenes de compra, manifiestos y otros listados Identificación (etiquetado o marcas) de instrumentos y funciones de control Instrucciones de mantención, operación, instalación

El estándar pretende dar la suficiente información, que habilite a cualquiera para revisar documento de representación, de medición y control de procesos para que entienda el significado y el control del proceso no se requiere un conocimiento detallado de un especialista en instrumentación, como requisito para su comprensión. 2.5 NOTACION SAMA Consiste en cuatro formas: • •

Una serie de letras para letras para la información de información de la etiqueta Varios algoritmos matemáticos de control.

Símbolos para identificar los diversos elementos o funciones

Letras de medición/indicación

Símbolos para el procesamiento de la señal

Símbolos para continuar con el procesado de señal

Lazo típico en notación

3. VARIABLES DE PROCESO 3.1 DEFINICION Una variable de proceso es una condición física o química que es de interés medir y controlar, ya que puede alterar la producción o manufactura. En la instrumentación industrial se consideran las siguientes cuatro variables como las principales: • • • •

Presión Temperatura Nivel Caudal

3.2 IMPORTANCIA La seguridad de los procesos, la automatización, el rendimiento, la calidad y la eficiencia se ven influidos por la precisión del valor medido. Por eso, es fundamental que el diseño y la ingeniería de los sistemas de control de procesos incorporen componentes con especificaciones de máxima precisión, en la mayoría de las condiciones ambientales. 3.3 PRESION 3.3.1 DEFINICION La Presión se define como la acción de una fuerza contra otra fuerza opuesta. generalmente se defina de como fuerza por unidad de área. Presión = Fuerza / Área transversal a la Dirección de la fuerza aplicada. P = F / A. 3.3.2 USOS • Calidad del producto, la cual frecuentemente depende de ciertas presiones que se deben mantener en un proceso. Industria petrolera • Por seguridad, como, por ejemplo, en recipientes presurizados donde la presión no debe exceder un valor máximo dado por las especificaciones del diseño. • En aplicaciones de medición de nivel. • En aplicaciones de medición de flujo o caudal. 3.3.3 UNIDADES DE PRESION EN EL SISTEMA INTERNACIONAL (SI) • El Pascal [Pa] es la unidad de presión del Sistema Internacional de Unidades (SI). • Un Pa es la presión generada por la fuerza de 1 Newton actuando sobre una superficie de 1 metro cuadrado a Pa = N/m2.

3.3.4 INSTRUMENTOS DE MEDICION 3.3.4.1 ELEMENTOS MECANICOS • Elementos primarios de medida directa que miden la presión comparándola con la ejercida por un líquido de densidad y alturas conocidas como el barómetro cubeta, manómetro de tubo en U, manómetro de tubo inclinado, manómetro de toro pendular, manómetro de campana.

•

•

Elementos primarios elásticos que se deforman por la presión interna del fluido que contienen. Los elementos primarios más empleados son: el tubo Bourdon, el elemento en espiral, el helicoidal, el diafragma y el fuelle. Elementos Neumáticos: Son todos aquellos instrumentos transmisores neumáticos cuyo elemento de medida es de presión adecuado al campo de medida correspondiente.

3.3.4.2 ELEMENTOS ELECTROMECÁNICOS Los elementos electromecánicos de presión utilizan un elemento mecánico elástico combinado con un transductor eléctrico que genera la señal eléctrica correspondiente. El elemento mecánico consiste en un tubo Bourdon, espiral, hélice, diafragma, fuelle o una combinación de los mismos que, a través de un sistema de palancas convierte la presión en una fuerza o en un desplazamiento mecánico. • • • • • •

Transmisores electrónicos de equilibrio de fuerzas. Resistivos. Magnéticos. Capacitivos. Extensométricos. (Galgas extensométricas/ strain gage) Piezoeléctricos

3.4 TEMPERATURA 3.4.1 DEFINICION La temperatura se define como la cantidad de calor expresada en grados que contiene un cuerpo. Es decir, la temperatura mide o nos da la idea del grado de calor de un cuerpo, siendo el calor una de las formas de presentarse la energía 3.4.2 USOS Se utilizan para la medición de la temperatura en varios campos, tales como: la industria del plástico, la industria alimentaria, la industria solar, como también en el área de la salud y la industria farmacéutica, entre otras.

3.4.3 UNIDADES DE TEMPERATURA EN EL SISTEMA INTERNACIONAL (SI) En el sistema internacional de unidades, la unidad de temperatura es el Kelvin (K), y el punto de inicio de la escala Kelvin (y también para la escala de Rankine) es el cero absoluto correspondiente a -273,15°C (grados Celsius o centígrados) igual a 0°K (grados Kelvin), o bien -459,67°F (grados Fahrenheit) que es la temperatura más baja posible que puede existir. La escala más utilizada es la escala Celsius que mide en grados centígrados, aunque en Estados Unidos se utiliza preferentemente la escala Fahrenheit. 3.4.5 INSTRUMENTOS DE MEDICION • Termómetro de vidrio: Es el más conocido de los instrumentos de medición de temperatura. Consta de un depósito de vidrio que puede contener mercurio, pentano, alcohol o tolueno y una escala. La principal limitación de estos termómetros es que, para un campo de medida grande de temperatura, por ser de vidrio se puede romper fácilmente. • Termómetros Bimetálicos: son los más utilizados debido a su bajo costo y buen grado de precisión. Está conformado por el elemento bimetálico, un eje, un cojinete, el puntero, la escala y la cubierta de protección. Este elemento puede ser, curvo, en forma helicoidal o en espiral. • Termómetros de Sistemas Llenos: Se utilizan cuando se quiere indicar el valor de la temperatura una cierta distancia del punto donde se encuentra el elemento de medición. Ge...