Fundamentos básicos de instrumentación, Transcripciones de Medición Electrónica e Instrumentación

¡Descarga Fundamentos básicos de instrumentación y más Transcripciones en PDF de Medición Electrónica e Instrumentación solo en Docsity!

i

iii

Ficha Bibliográfica:

Marllelis del Valle Gutiérrez Hinestroza

Sadi Armando Iturralde Kure

Fundamentos Básicos de Instrumentación y Control

Primera Edición, 2017

Editorial UPSE

ISBN: 978 - 9942 - 8603 - 7 - 8

Formato: 17 x 24 cm #páginas: 127

Derechos Reservados © 2017 Universidad Estatal Península de Santa Elena Ediciones UPSE Avenida La Libertad-Santa Elena Ciudadela Universitaria UPSE www.upse.edu.ec

Este libro ha sido evaluado bajo el sistema de pares académicos y mediante la modalidad de doble ciego.

Portada: Manuel Martínez Santana.

No está permitida la reproducción total o parcial de esta obra ni su tratamiento o transmisión por cualquier medio o método sin autorización escrita de los editores

IMPRESO EN ECUADOR Printed in Ecuador

iv

Al igual que la investigación científica, la producción de un texto educativo es un proceso sometido a crítica, revisión y sobre todo de ser actualizado permanentemente.

En esta oportunidad, más que una edición, se produjo un texto básico. De entrada anuncia una introducción a Los Fundamentos Básicos de Instrumentación y Control, dirigidos a estudiantes de Ingeniería, entendiendo por Instrumentación y control la optimización de procesos que hacen de la instrumentación el conjunto de herramientas que sirven para la medición, la conversión o transmisión de las variables. Tales variables pueden ser químicas o físicas, necesarias para iniciar, desarrollar y controlar las diversas etapas que involucran al reservorio de Hidrocarburos, las facilidades de superficie, plantas operativas y sistemas de controles automatizados

En este sentido, la obra asume un nuevo propósito: iniciar a los lectores en el estudio de los conceptos básicos relacionados con la instrumentación y control de los procesos automatizados todo esto bajo la concepción de que la instrumentación ha permitido el avance tecnológico de la ciencia actual como la automatización de los procesos industriales; en donde la acción de la automatización tiene lugar a través de elementos que puedan sensar lo que sucede en el ambiente, para luego tomar una acción de control pre-programada que actúe sobre el sistema para obtener el resultado previsto.

Finalmente el texto quedo estructurado en cinco capítulos. En síntesis, la obra combina elementos teóricos y elementos finales de control automatizados prácticos y se ajusta en gran medida al programa vigente de la asignatura Instrumentación, por lo que satisface las necesidades de los estudiantes de cualquier nivel.

Los Autores

1

El constante desarrollo de la tecnología y ciencia de los instrumentos ha incursionado en el ámbito petrolero en los últimos tiempos, con el fin de fortalecer sectores industriales mediante la instrumentación, sistemas de control y automatización de los procesos industriales bastante sofisticados e inteligentes que de una u otra manera optimizan la producción petrolera.

La optimización de procesos hace de la instrumentación el conjunto de herramientas que sirven para la medición, la conversión o transmisión de las variables. Tales variables pueden ser químicas o físicas necesarias para iniciar, desarrollar y controlar las diversas etapas que involucran a los yacimientos, considerando que la instrumentación es usada en operaciones de planta.

Todos los instrumentos tienen la particularidad de conocer que está pasando en un determinado proceso. Por otro lado, los instrumentos liberan al operador de las acciones manuales que realizaban en los procesos industriales. La instrumentación y control de procesos es una especialidad de

2

la ingeniería que combina, distintas ramas, entre las que destacan: sistemas de control, automatización, informática, entre otros. Su principal aplicación y propósito es el análisis, diseño, automatización de procesos de manufactura de las áreas industriales: petróleo y gas, generación de energía eléctrica, entre otras. Un ingeniero participa en el desarrollo de las hojas de especificaciones técnicas de los instrumentos que integraran los lazos de control, revisión de los planos de tubería e instrumentación, desarrollo de la lógica de control, que puede ser, del tipo electrónica, neumática o hidráulica.

1.1. DEFINICIONES Y CONCEPTOS

La instrumentación ha permitido el avance tecnológico de la ciencia actual como la automatización de los procesos industriales; ya que la automatización es solo posible a través de elementos que puedan sensar o transmitir lo que sucede en el ambiente, para luego tomar una acción de control pre-programada que actué sobre el sistema para obtener el resultado previsto.

Los instrumentos pueden ser simples como transmisores, válvulas, sensores y pueden ser muy complejos como controladores, analizadores y amortiguadores.

INSTRUMENTACIÓN: Es el conjunto de ciencias y tecnologías mediante las cuales se miden cantidades físicas o químicas con el objeto de obtener información para su archivo, evaluación o actuación sobre los Sistemas de Control Automático.

SISTEMA DE MEDICIÓN: Conjunto de elementos que forman un instrumento, capaz de convertir una variable física en una señal.

SEÑAL: Es aquella muestra física que puede ser medida ya sea variable o constante en el tiempo.

4

transducible que es función de la magnitud que se pretende medir.

EXACTITUD: Es la capacidad de un instrumento de medición de dar indicaciones que se aproximen al valor verdadero de la magnitud medida.

Figura 1. Sistema De Instrumentación en Domótica. Tomado de https://sites.google.com/site/domoticaycontrol2/21-sistema-de- instrumentación

1.2. SIMBOLOGÍA, NORMAS Y SISTEMAS DE

UNIDADES

En la instrumentación y control de procesos, se emplean sistemas especializados con el objetivo de transmitir de una manera clara y concisa información de cada elemento automatizado, el cual es indispensable en el diseño, selección, operación y mantenimiento de los sistemas de control.

5

SIMBOLOGÍA

La simbología es un proceso abstracto en el cual las características salientes de los dispositivos o funciones son representadas de forma simple por figuras geométricas como círculos, rombos, triángulos y otros para escribir caracteres como letras y números identificando la ubicación y el tipo de instrumento a ser utilizado. La indicación de los símbolos de los instrumentos o funciones ha sido aplicada en las típicas formas.

1.3. NORMAS

Las normas son indispensables para la referencia de un instrumento o de una función de sistema de control que se requiere para los propósitos de simbolización e identificación. Algunas de las referencias más conocidas son:

Diagramas de sistemas de instrumentación, diagramas lógicos, descripciones funcionales.

Diagramas de flujo: procesos, mecánicos, ingeniería, sistemas, que conduce por tuberías (el proceso) e instrumentación.

Identificación de instrumentos y funciones de control, instalación, operación e instrucciones de mantenimiento.

7

Diferentes organizaciones como SAMA (Asociación científica de fabricante de aparatos), ISA (Sociedad Internacional de automatización) han hecho diferentes estándares para instrumentos industriales para su unidad de medida también.

• UNIDADES BÁSICAS Consta de siete unidades básicas fundamentales que expresan magnitudes físicas. 1. Longitud, Metro (m): Un metro se define como la distancia que recorre la luz el vacío en 1/299 792 458 segundos. 2. Masa, Kilogramo (Kg): Un kilogramo se define como la cantidad de materia que contiene un cuerpo. 3. Tiempo, Segundo (s): El segundo se usa primordialmente para designar a la unidad de tiempo que dura tan sólo un instante y a partir de la cual se componen los minutos, las horas y sucesivamente los días, entre otros. 4. Intensidad de Corriente Eléctrica, Ampere (A) : Es la unidad de intensidad de corriente eléctrica que corresponde al paso de un culombio por segundo. 5. Temperatura, Kelvin (K): Es la fracción 1/273. de la temperatura termodinámica (o absoluta) del punto triple del agua (273.16 k). 6. Cantidad de Sustancia, mol: Es la cantidad de unidades elementales (átomos, moléculas iones, entre otros) en un sistema material. 7. Intensidad Luminosa, Candela (cd): Es la intensidad luminosa en una dirección dada,

8

correspondiente a una energía de una fuente que emite una radiación monocromática de frecuencia.

• Unidades Derivadas

Mediante esta denominación se hace referencia a las unidades utilizadas para expresar magnitudes físicas que son resultado de combinar magnitudes físicas básicas. Si éstas son longitud, masa, tiempo, intensidad de corriente eléctrica, temperatura, cantidad de substancia o intensidad luminosa, se trata de una magnitud básica. Todas las demás son derivadas.

Figura 3. Unidades de medición y conversión SI. Tomado de http://lazarovictoria.blogspot.com/2015/05/13-unidades-de- medicion-y-conversion-de.html

1.5. NORMAS SAMA

Los diagramas con simbología SAMA (“Scientific Apparatus Makers Association ”) son utilizados frecuentemente para

documentar estrategias complejas de control.

10

• Astronomía

• Navegación

• Medicina

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

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, dibujos informes.

10

Figura 4. Instrumentación: normas y simbologías. Tomado de Mendoza (2014).

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.