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“Informe de Transmisores y Diagramas P&ID”

Alumno: Profesor: Ing. Carpio Francisco

Santo Domingo 30 de octubre 2019 Introducción

Los procesos industriales se presentan en gran variedad, abarcan muchos tipos de productos y exigen el control de la fabricación de los mismos. Para tal objetivo se utilizan instrumentos de medición y control que permiten el mantenimiento y regulación de las magnitudes propias del proceso en cuestión. La instrumentación industrial es basada en conocimientos básicos que debe obtener cada usuario por medio de una capacitación y entrenamiento, para que estén en las condiciones necesarias para operar cualquier equipo o instrumento de la forma correcta, ayudando estos en procesos de medición, regulación, de cualquier sistema. Estos equipos se representan de forma grafica en los diagramas PI&D (Diagrama de Tuberías e Instrumentación), que permite ver de forma más clara y sencilla las interconexiones de los equipos y sin dejar de lado la importancia que tienen al momento de ver y leer un sistema, corrección de errores, etc. Uno de los equipos esenciales dentro de un diagrama de tuberías e instrumentación son los transmisores, ya que permiten transmitir información a un receptor, a corta o larga distancia, decodificando un mensaje y expresándolo. La simbología de los diagramas PI&D son de suma importancia, ya que establecen por medio de las normas ISA, los símbolos y figuras que representan cada equipo y las conexiones dentro del sistema, por lo que son universales.

Objetivo General:



Conocer y analizar definiciones, formulas, símbolos y graficas de los transmisores y diagramas P & ID, para su mejor comprensión

Objetivos específicos:   

Comprender la utilización y funcionamiento del transistor. Conocer un diagrama P&ID e interpretar. Conocer la simbología de las principales variables de un proceso.

Marco teórico:

1._ Transmisores. Concepto Un transmisor es un equipo que emite una señal, código o mensaje a través de un medio. Los transmisores son instrumentos que convierten la salida del sensor en una señal suficientemente fuerte como para transmitirla al controlador o a otro aparato receptor.

2._ Clasificación de los trasmisores Según el tipo de señal se clasifican en: Transmisores eléctricos Son aquellos que utilizan como energía señales eléctricas de 4-20 mA. El principio básico a tomar en consideración en un transmisor electrónico es que reciben una señal de entrada o alimentación 105-50Vcc mA y por medio del proceso o variaciones del proceso la transforman a una señal de 4-15 mA, la cual es transmitida para tomar las medidas preventivas o acciones tomadas por el proceso de la instalación. En cuanto al esquema de conexión de la salida y la fuente de alimentación del transmisor eléctrico, existen tres tipos de transmisores: a dos hilos, a tres hilos y a cuatro hilos.

- Transmisores a dos (2) hilos: La fuente de alimentación está conectada a la misma salida del transmisor. Los transmisores a dos hilos se caracterizan porque tienen un bajo consumo de potencia (inferior a 50 mW) y la salida sigue el estándar de lazo de corriente de 4 a 20 mA. La gran ventaja de los transmisores a dos hilos es que requieren menos cableado que los de 4 hilos, porque la alimentación y la señal de salida comparten el mismo par de cables, y adicionalmente consumen menos potencia. Igualmente los transmisores a dos hilos cuestan generalmente menos que los transmisores a 4 hilos. Bajo ciertas condiciones no se pueden utilizar transmisores a 2 hilos, siendo algunas de ellas:  No existe disponibilidad en campo de fuente de alimentación DC en el rango de voltaje requerido por los transmisores a 2 hilos (típicamente de 12 Vdc a 50 Vdc).  Cuando el instrumento receptor de la señal proveniente del transmisor trabaja en un rango en el cual el cero de la señal recibida corresponde a 0 V o a 0 mA (ej.: el receptor no acepta señales de 4 a 20mA y en su lugar acepta señales de 0 a 5 V).  En los transmisores a dos hilos puede existir aislamiento eléctrico entre la señal de entrada proveniente del sensor y la señal de salida y/o alimentación. A este tipo de aislamiento se le denomina entrada aislada.

-Transmisores a tres (3) hilos: Cuando el transmisor consume mayor potencia que la que puede ser suplida a través del propio lazo de corriente de salida, el transmisor debe utilizar un tercer hilo justamente para llevar esa corriente extra que le permita funcionar. Se debe entonces utilizar un esquema de conexión a tres o cuatro hilos. En el esquema de conexión a tres hilos, una señal común es utilizada entre la fuente de alimentación y el lazo de transmisión analógico. En este esquema de conexión la fuente de alimentación debe ser CD al igual que la señal transmitida. En el esquema de conexión a tres hilos puede existir aislamiento eléctrico entre la señal de entrada y la de salida, y/o la fuente de alimentación (entrada aislada).

-Transmisores a cuatro (4) hilos: Los transmisores a cuatro hilos utilizan dos cables para la conexión de la fuente de alimentación, la cual es usualmente de 120 Vca, y dos cables para transmitir la señal. En el esquema de conexión a cuatro hilos puede existir un aislamiento eléctrico total entre la señal de entrada, la de salida y la fuente de alimentación. En este caso se dice que el transmisor puede tener cualquiera de las siguientes combinaciones: entrada aislada, salida aislada, alimentación aislada y totalmente aislado.

Transmisores neumáticos Los transmisores neumáticos generan una señal neumática variable linealmente de 3 a 15 psi para el campo de medida de 0-100% de la variable. Utilizando el sistema métrico decimal la señal que se empleará será de 0,2-1 bar, siendo prácticamente equivalente a la anterior. Así, por este procedimiento, según la presión de salida se transmitirá un valor de la variable. Existen varias configuraciones posibles basándose todas ellas en un sistema tobera o obturador, mediante el cual se regula la presión de la señal de salida. El movimiento del obturador, dejando más sección de la tobera libre o menos, nos determina la presión de salida, así sólo queda regular el movimiento de éste en función de la señal de entrada. A continuación se presenta el dispositivo tobera obturador, además de diferentes variantes de este tipo de transmisores.

Algunas características:  Las variaciones en la señal de alimentación, influyen en la señal de salida, ocasionando errores significativos en la señal transmitida.

 Las vibraciones mecánicas dan origen a pulsaciones en la señal transmitida.  La señal transmitida tiene un alcance máximo de 60 m.  Son mucho más inexactos que los transmisores eléctricos.  Se debe tener un buen control de la calidad de aire (sobre todo la humedad y partículas en suspensión), de modo de evitar el deterioro y taponamiento del mecanismo interno de los instrumentos.

Transmisores electrónicos Los transmisores electrónicos generan una señal estándar de 4-20 mA c.c. A veces esta señal de salida es sustituida por un voltaje de 1-5V, si existen problemas de suministro electrónico. Así cualquier señal captada se podrá transmitir en forma de señal eléctrica estableciendo una relación, a ser posible lineal, entre el valor de la variable recibida y el de corriente saliente. El hecho de tener como valor asignado a la entrada nula una corriente de 4 mA se debe a la posibilidad de detectar de este modo cortes de línea. La señal estándar para la transmisión eléctrica de variables de proceso es el lazo de corriente de 4 a 20 mA, tal como lo establece la norma ANSI/ISA S50.1. Las características principales del lazo de corriente de 4 a 20 mA son las siguientes:  Capacidad de transmitir la señal a distancias de hasta 1 km o más, dependiendo de la impedancia del cable.  La existencia de un cero "vivo" (4 mA), permite la posibilidad de detección de corte del lazo.  La transmisión en corriente directa (CD) que permite filtrar más fácilmente las perturbaciones.  Mayor velocidad de respuesta que los transmisores neumáticos. Trasmisores analógicos

Los transmisores analógicos son los de uso más difundido en la actualidad y sus características fundamentales son:  Capacidad de calibración en múltiples rangos de medición. Usualmente al momento de la adquisición del transmisor se especifica el rango de medición para el cual va a ser utilizado, lo que permitirá la pre-calibración en fábrica del instrumento. Sin embargo, estos transmisores pueden ser re-calibrados por el usuario en cualquier rango válido de medición siguiendo los procedimientos indicados por el fabricante.  Pueden ser reparados con relativa facilidad. La mayoría de estos transmisores son de construcción modular (tienen circuitos separados para la sección de amplificación, transductor, lazo de corriente, etc.) de modo que la reparación se puede lograr rápidamente mediante la sustitución del módulo dañado.  Dependiendo de la variable medida, pueden tener capacidad de aceptación de un amplio espectro de sensores. Por ejemplo, en el caso de los transmisores de temperatura pueden aceptar sensores tales como: termopares de varios tipos (J, K, T, R, S, E, B) o RTD de diferentes características (platino, níquel y cobre, con varias resistencias nominales).  Capacidad para ser alimentados a través del propio lazo de corriente de transmisión de la señal analógica (conexión a dos hilos). También existen modelos con alimentación de la línea (conexión a cuatro hilos).  La velocidad de respuesta es de 2 a 5 veces superior a las de los transmisores digitales. Igualmente el tiempo de recuperación debido a una falla en la alimentación del transmisor es menor que el caso de los transmisores digitales.  Buena exactitud pudiéndose obtener hasta ± 0,05% del alcance calibrado.  Capacidad de aislamiento entre la circuitería de entrada y la de salida. Esta capacidad está incluso presente en los transmisores alimentados a través del propio lazo de transmisión de la señal analógica. Se logra mediante la utilización de convertidores AC/DC y de transformadores que suministran el aislamiento galvánico.  Capacidad de protección de la circuitería interna contra picos y respuestas transitorias.  Debido a que la calibración del rango de medición es lograda usualmente a través de dispositivos electro-mecánicos (potenciómetros), este tipo de instrumento es propenso a

inestabilidad en el tiempo (drift) por lo que generalmente requieren re-calibración periódica.  Cumplen con el estándar ISA [S50.1] para transmisión de señales analógicas, lo que asegura la compatibilidad con cualquier instrumento receptor que cumpla igualmente con dicho estándar.

Según el tipo de onda se clasifican en: Transmisores de onda larga Operan en ondas largas que están en frecuencias inferiores a trescientos kilohertz. Por ejemplo ondas largas de radio transmisor se utilizan para su difusión en países templados, donde la atmósfera y sus perturbaciones en la onda larga no son graves. Desde hace tiempo las señales de radio de onda de viaje a lo largo de la superficie de la tierra son rápidamente atenuada, para razonablemente alta potencia de la señal a la antena receptora distante, el transportista de energía radiada de la antena de transmisión deben ser muy grandes típicamente cien kilovatios y mucho más.

Transmisores de onda media Operan en frecuencias en el rango de cinco a cincuenta dieciséis cincuenta kilo hertzios y son generalmente utilizados para su difusión. Por lo tanto, la banda de frecuencia de la extensión de este se conoce como banda de radiodifusión.

Transmisores de onda corta Funcionan en la frecuencia en la gama de onda corta de tres a treinta megahercios. En la práctica, las frecuencias más allá de veinticuatro megahercios no se utilizan. Ionosfera propagación de las ondas electromagnéticas se lleva a cabo en tan poco tiempo de olas. La atenuación de las ondas de radio que viajan de la antena para la transmisión de la antena receptora distante aunque la ionosfera es pequeña. Por lo tanto, portador potencia necesaria para ser radiada de la antena que transmite es pequeño. Nacionales de emisión para el transportista de energía utilizada puede variar de alrededor de un kilo a diez vatios. El extranjero para emitir cierta cantidad de transmisión de potencia se requiere por hacer, pero a pesar de esa transmisión de energía debido a la gran distancia, el transportista de energía generalmente utilizada es de diez a cien kilo watts. Para la radio teléfono de trabajo a través de largas distancias en las ondas cortas, altamente directiva de la transmisión y recepción

de antenas se utilizan a fin de que porteador requerimiento de energía puedan ser relativamente pequeñas, del orden de cinco kilo watts o menos. De muy alta frecuencia y ultra alta frecuencia de los transmisores de operar ya sea en muy alta frecuencia o ultra alta gama de frecuencias y se utilizan para la radiodifusión con modulación de frecuencia, emisión de televisión, y con modulación de frecuencia de radio telefonía, etc

Transmisores de microondas Operan en frecuencias de microondas es que las frecuencias más allá de mil mega hertzios y son utilizados por radar, la televisión de relevo, y enlace de microondas entre dos países limítrofes o entre el continente y las islas adyacentes, etc por lo tanto, la onda larga transmisores son los que operan las frecuencias por debajo de trescientos kilo Hertz. Los transmisores de onda media son los que operan entre quinientos y cincuenta kilo hertzios a mil seiscientos cincuenta kilo hertzios, mientras que los transmisores de onda corta operar entre los tres mega hertz a treinta mega hertz. Los transmisores de microondas para operar las frecuencias más allá de un mil mega hertz.

3._ Tipos de corriente según normas ISA En la norma ISA se emplean líneas sólidas para representar las conexiones del proceso y líneas a trazo discontinuo o líneas de trazo continuo con marcas para las comunicaciones entre instrumentos. Conexión del proceso Transmisión de señal neumática Transmisión de señal eléctrica Transmisión de señal sin hilos Transmisión neumática 

Normalizada por ISA (Instrument Society of America) en dos rangos: 3-15 psi (3-27 psi).

 3 psi valor inferior del rango de medida (0%).  15 psi valor superior (100%).



El valor mínimo ≠0 se denomina cero vivo. Se utiliza por:

 0 psi, menor que el cero vivo puede identificar tubería desconectada, atascada o con fugas, o bien sensor estropeado.  Es más fácil calibrar el instrumento si existe presión por debajo del punto mínimo de calibración. 

Las distancias deben ser relativamente cortas.

Transmisión eléctrica 

Es más utilizada:

 Mejora las características dinámicas de la transmisión neumática (mejores tiempos de respuesta ⇒ mayor capacidad del canal).  Menor coste de la línea (cables en lugar de tubos).  Menor coste de la instrumentación asociada (hoy en día tanto la instrumentación como los controladores son en su mayoría electrónicos).  Introducción masiva de computadores en control y supervisión, a los que se suministra información en forma de señal eléctrica. 

Rango: 4-20 mA (cero vivo).

Transmisión sin hilos: Es una conexión sin cables.

4._ Simbología de los transmisores Letras de identificación

Líneas de conexión o transmisión de los instrumentos

Símbolos generales de las funciones de instrumentación

Símbolos de cuerpos de válvulas

Símbolos de actuadores de válvulas

Símbolos de operadores matemáticos

5._ Usos y aplicaciones La función primordial de un transmisor es tomar cualquier señal para convertirla en una señal estándar adecuada para el instrumento receptor, es así como un transmisor capta señales tanto de un sensor como de un transductor, aclarando siempre que todo transmisor es transductor más no un transductor puede ser un transmisor. Las aplicaciones de los transmisores dentro del ámbito industrial son muy amplias, ya que pueden estar involucrados en cualquier sistema de proceso ayudando a la obtención de productos finales. Algunas de las industrias en donde son aplicados están: 

Industria Química.

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Industria Petrolera.



Industria Petroquímica.



Industria de alimentos.



Industria de las telecomunicaciones.

Las aplicaciones para las que los transmisores inteligentes ofrecen ventajas serán aquellas que se beneficien de su capacidad de comunicación o de su superior precisión, según los casos, como por ejemplo: a) Precisión: balance de materias, facturación, localizaciones donde haya grandes variaciones de temperatura ambiente, nivel, etc. b) Comunicaciones: ubicaciones poco accesibles o peligrosas, procesos tipo batch que requieran frecuentes cambios de rango, lazos críticos donde deba minimizarse el tiempo de

interrupción por posibles averías (ya que la capacidad de diagnóstico acelera la resolución de las mismas), plantas piloto, etc. La aplicación de transmisores de presión se requiere para el control de procesos donde la exactitud es primordial debido a lo crítico del proceso. La aplicación de los transmisores de temperatura es necesaria cuando los procesos requieren de exactitud y confiabilidad, tanto en la lectura como en la velocidad de respuesta en el control de temperatura en procesos críticos. Los transmisores amplifican y acondicionan la señal del sensor de temperatura y la transmiten por medio de un par de conductores hasta el indicador o la sala de control. En la industria farmacéutica para opciones de monitoreo de humedad de ambiente se puede optar por instrumentos indicadores de pared o mesada, instrumentos de mano para uso de supervisores o auditores o instrumentos transmisores controladores de uso fijo. Aplicaciones y usos de algunos trasmisores: Transmisores de presión y temperatura  La extrusión de plástico  El moldeo de plástico  La industria en general

Transmisores de flujo másico  Gases  Interruptores de nivel y flujo bajo el principio de dispersión térmica

Transmisores de presión y nivel neumáticos y electrónicos  Para la industria del papel  Para la industria en general

Transmisores de señal  Alarmas  Convertidores I/P, P/I  Transmisores de temperatura  Sistemas de comunicación de datos

6. Diagrama PI&D El siguiente diagrama de tubería e instrumentación muestra un sistema neumático de aire comprimido, con todas sus especificaciones y respectiva descripción.

ELEMENTOS DEL DIAGRAMA  Indicador de presión: para determinar la presión absoluta, el vacío o la presión diferencial.  Transmisor de caudal: el transmisor de caudal está compuesto por un módulo electrónico y un transductor. El transductor convierte la señal medida y presenta en pantalla el valor instantáneo de caudal.  Las señales de salida se suministran a través de un conector de 4 polos o a través de dos bornes de cable.  Punto de prueba de caudal: un punto de prueba (o simplemente una punta) es un dispositivo que permite realizar una conexión física entre una fuente de señal o punto de prueba (dut) y un instrumento de medición electrónico. Permite la indicación física con el indicador de caudal.  Rotámetros: se trata de un cono transparente invertido con una bola plástica en su base. El fluido al circular impulsa la bola hacia arriba, a mayor caudal más sube la bola. La gravedad hace bajar la bola al detenerse el flujo. El cono tiene unas marcas que indican el caudal.  Válvula de control: la válvula de control generalmente constituye el último elemento en un lazo de control instalado en la línea de proceso y se comporta como un orificio cuya sección de paso varia continuamente con la finalidad de controlar un caudal en una forma determinada.  Sensor de presión: instrumento que produce una señal, usualmente eléctrica en la actualidad, (antiguamente se utilizaban señales hidráulicas), que refleja el valor de una propiedad, mediante alguna correlación definida en este caso la presión del aire.

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

Los sistemas neumáticos de mando consumen aire comprimido, que debe estar disponible en el caudal suficiente y con una presión determinada según el rendimiento de trabajo. Para tal fin se ha dispuesto de un circuito neumático capaz de llevar el aire comprimido hasta un tanque de almacenamiento que será la fuente de aire a otros dispositivos.  El proceso inicia en un compresor de aire móvil ubicado en el laboratorio de instrumentación de la facultad de Ingeniería electrónica, una vez se dé la orden de inicio, pulsando el botón de start ubicado en el panel de control situado en el laboratorio de control de procesos (salón contiguo). De este modo se enciende el compresor y este comienza a generar aire comprimido.  Dado que este aire posee cierta cantidad de impurezas, se ha dispuesto de un filtro a la salida del compresor con el fin de eliminar los residuos con los que cuenta dicho aire.  Este aire comprimido, una vez filtrado, se conduce a través de una tubería de plástico hasta el panel de campo, ubicado en el laboratorio de control de procesos del salón contiguo como ya se menciono, en donde a través de reguladores de presión se permite o no el paso del aire al circuito neumático.  Una vez se permite el paso de aire al circuito, este atraviesa un tramo de tubería de plástico, en el cual se han dispuesto diferentes dispositivos como rotámetros, válvulas manuales, servo-válvula y sensor de presión, estos con el fin de leer y medir las variables físicas como los son el caudal y la presión.  El tramo final de dicha tubería llega a un tanque de PVC, para el almacenamiento del aire. De este modo se controla la presión en el tanque, a pesar de los diversos disturbios que se presentan en el proceso, manipulando el flujo que pasa a través de una servo-válvula sobre la que se ejerce la acción de control.

Conclusión

Dentro de las industrias se manejan grandes plantas de procesamientos, las cuales funcionan como un sistema, donde cada parte que lo forma es esencial para llevar a cabo un trabajo final. Los dispositivos usados para le medición de variables ahorran trabajo y proporcionan exactitud en el proceso de algún proceso o producto. En síntesis, se puede resumir la función de un transmisor como:  Captación de variable.  Conversión.  Filtrado y potencia.  Transmisión de la señal.

Los diagramas PI&D y su simbología son importantes al momento de diseñar cualquier sistema, permitiendo una visualización más sencilla y exacta de cada uno de los componentes. Los P&ID son herramientas útiles que entregan información sobre los componentes enlos diafragmas de instrumentación y tuberías de una planta. Facilita la ejecución de proyectos de ingeniería, ayuda a reconocer y elaborar lasestrategias de control.

Bibliografía: https://campusvirtual.univalle.edu.co/moodle/pluginfile.php/965094/mod_resource/content/0/D IAGRAMAS_P_ID.pdf https://www.academia.edu/31478892/Instrumentacion_Industrial_8_edicion_Antonio_Cruz_Sole