Unidad Orientativa (Instrumentación y Control) 1 Normas ISA -1era Parte
Índice Temático 2 Introducción Clasificación de los instrumentos Normalización Industrial Normativa de Instrumentación Industrial NORMAS ISA Algunas Definiciones Conclusiones
Normas ISA 1era Parte- Introducción: En el campo de la instrumentación y control, se emplea un sistema especial de símbolos con el objeto de transmitir de una forma más fácil y específica la información de mano en mano a la hora de desarrollar actividades tales como mantenimiento, montajes, relevamientos, entre otras actividades. Como ya mencionamos anteriormente, poseer una simbología a modo de idioma de fácil interpretación, es indispensable en el diseño, selección, operación y mantenimiento de los sistemas de control, pero no es suficiente el manejo de una misma simbología para poder comprender todos los proyectos de instrumentación industrial; Ya que no solo hay una gran diversidad de normas según lugar geográfico u estandarización de cada sector industrial, si no que también es necesario discutir y conversar utilizando los mismos términos y definiciones para una mejor comprensión de lo planteado. En este capitulo daremos una introducción donde se describen estas definiciones mas comunes entre todas las Normalizaciones y ámbito de la instrumentación y posteriormente se establece una clasificación de la instrumentación industrial. Note usted, que la idea básica del presente trabajo, es la de darle un pie inicial a la interpretación de planos, diagramas y actividades relacionadas con el control de procesos. Osea, la meta básica de este curso, es la de introducirlo dentro del idioma básico de la instrumentación Industrial. El mejor ejemplo que les puedo dejar para crecer día a día, es el de leer, mirar planos u diagramas de procesos y buscar una interpretación u lógica de funcionamiento (análisis) a los que estamos leyendo en el documento; Y todo aquello que tengamos dudas, preguntar, siempre preguntar, pues es la única manera de aprender. No se asusten si nuestros primeros diagramas solo vemos un conjunto de símbolos y líneas sin comprender nada, pues, al igual que un niño pequeño, necesitamos aprender a leer; Y este proceso de información y formación, se acelera por intermedio de la lectura de ejemplos y una ayuda orientativa. 3
Clasificación de los instrumentos Si observamos detenidamente la norma ISA-S5.1 puede observarse que los instrumentos se clasifican según los siguientes parámetros: Según la variable que miden: Se tienen instrumentos para medir presión, caudal, nivel, etc. Según su función: es el caso de para que se utiliza el instrumento, es decir, indicador, elemento primario, registrador, transmisor, elemento final de control, controlador, interruptor, etc. En el primer caso se tiene la clasificación típica de los medidores, mientras que el segundo caso tiene que ver con la estructura de los lazos de control, es decir: 4 PROCESO ALARMA SALIDA TRANSMISOR REGISTRADOR INDICADOR CONTROLADOR PUNTO DE OPERACIÓN (Consigna) ENTRADA AGENTE PERTURBACION ELEMENTO FINAL DE CONTROL Normalización Industrial En todo proceso industrial es importante el manejo del mismo lenguaje con el fin de lograr la misma interpretación sobre el funcionamiento del mismo. Durante mucho tiempo cada empresa ha definido la forma de escribir o representar sus procesos y ha sido en la época actual que se ha generado un consenso que permita una única interpretación. La normalización regula desde las unidades utilizadas hasta el método aplicado para instalar el instrumento. La normalización es el proceso, método o sistema definido exhaustivamente para aplicar, instalar o describir un proceso o sistema especifico. Para llegar al proceso de la normalización o a su producto, debe haber un consenso entre las empresas, instituciones o personas involucradas con el fenómeno a describir. El producto de este proceso es la norma. La normalización es parte integral de la instrumentación industrial. Es necesario conocer y manejar aspectos relativos a las normas para escoger un dispositivo o método de medición. La normalización se convierte entonces en una herramienta para el diseño, especificación, organización y dirección.
Las normas pueden provenir de asociaciones de empresas, de instituciones o de países. En el caso de asociaciones de empresas se tienen: API: Instituto Estadounidense del Petróleo. ASME: Sociedad norteamericana de ingenieros de manufactura. ASTM: Sociedad Norteamericana de pruebas de Materiales. IEEE: Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos. FF: Fundación para Buses de Campo. ISA: Sociedad Americana de Instrumentación En el caso de normas de países o nacionales se pueden citar: ANSI: Instituto Estadounidense de Normas. FCC: Comisión Federal de Comunicaciones. CONATEL: Comisión Nacional de Telecomunicaciones. COVENIN: Comisión Venezolana de Normalización. DIN: Normas industriales Alemanas. 5 Cuando las normas trascienden las fronteras de los países o empresas se denominan internacionales, tales como: CEN: Organismo Europeo de Normalización. ISO: Normas internacionales (igualdad). Asociación libre por cualquier país. A parte de las normas también se definen los sellos de calidad, el cual es un tipo de certificación que garantiza que el producto o sistema fue verificado y validado por la institución otorgante, garantizándose la información que el producto informa.algunos de estos sellos son: CE: para la comunidad Económica Europea. SA: Para los productos Canadienses. NORVEN. Para productos venezolanos. UL. Para productos Estadounidenses. Las normas son documentos. En ellos se plasma la experiencia de muchas personas e instituciones. Su importancia fundamental esta en la homogeneización de la calidad de los productos, aplicación correcta de métodos y tecnologías y la preservación del acervo tecnológico y del ambiente.
Normativa de Instrumentación Industrial A nivel de la instrumentación industrial se definen un conjunto amplio de normas. En Argentina y Venezuela las normas de mayor uso a nivel de instrumentación son aquellas definidas por la Sociedad de Instrumentación Americana (ISA) y las normas Alemanas (DIN). En el ámbito de la instrumentación, las normas ISA se aplican a la instrumentación en general, y las normas DIN se aplican a sistemas Neumáticos y Hidráulicos. Si bien podríamos estar toda una vida viendo, conociendo y aprendiendo todas las normas que hay hoy en día, trataremos de enfocarnos mas en la norma ISA, que en si, es la mas implementada en la mayoría de los casos, y muchas de sus simbologías, son de características similares a las de otras normas. 6 NORMAS ISA Las normas mas generales y de mayor aplicación son la ISA-S5.1 sobre simbología e identificación de la instrumentación industrial, la ISA-S5.3 sobre símbolos de sistemas de microprocesadores con control compartido, ISA-S5.4 sobre los diagramas de lazos y ISAs.20 sobre normas para especificar los instrumentos industriales. A continuación se exponen un tabulador de normas ISA de mayor uso:
NORMA ISA-S5.1 Esta Norma específica la nomenclatura para nombrar los instrumentos, y los símbolos para representarlos. La nomenclatura esta representada por un código de letras cuya especificación se resume a continuación: a. La identificación tiene la siguiente estructura: 7 b. No se debe exceder de cuatro letras por instrumentos. Las letras de identificación son:
Con respecto a los símbolos se tienen los siguientes: 8
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NORMAS ISA-S5.4 Este estándar establece el procedimiento a seguir para escribir los lazos de instrumentación de procesos. Para ello se definen los símbolos, formatos de conexión de borneras y diagramas de alimentación eléctrica y descripción de los planos donde se plasman estos diagramas. En la siguiente figura se muestran parte de estos diagramas 11
ALGUNAS DEFINICIONES Estación manual de carga Medida Monitor Luz del monitor Panel Montado en panel Luz piloto Elemento primario Proceso Variable de proceso Dispositivo o función que tiene un ajuste de salida manual que es usado con un actuador o como más dispositivos. La estación no proporciona un cambio entre un modo de control automático o manual de un lazo de control. La estación puede tener indicadores integrados, luces u otras características. Esto es normalmente conocido como estación manual o cargador manual. Determinación de la existencia o magnitud de una variable. Término general para un instrumento o sistema de instrumentos usados para la medición o conocer la magnitud de una o más variables con el propósito de emplear la información en determinado momento. El término monitor no es muy específico, algunas veces significa analizador, indicador, o alarma. Sinónimo de luz piloto. Estructura que tiene un grupo de instrumentos montados sobre ella. El panel puede consistir de una o varias secciones, cubículos, consolas o escritorios. Término aplicado a un instrumento que esta montado sobre un panel o consola y es accesible para un operador en uso normal. Es una luz que indica cual número o condiciones normales de un sistema o dispositivo existe. Una luz piloto es también conocida como una luz monitor o de monitor. Sinónimo de sensor. Es cualquier operación o secuencia de operaciones que involucren un cambio de energía, estado, composición, dimensión, u otras propiedades que pueden referirse a un dato. Cualquier propiedad variable de un proceso. El término variable de proceso es usado en como un standard para la aplicación a todas las variables. 12 Programa Controlador lógico programable Relay Sensor Set point Switch Punto de prueba Secuencia respetable de acciones que definen el nivel de las salidas como una compostura de las relaciones al establecimiento de las entradas Un controlador, usualmente con entradas y salidas múltiples que contiene un programa alterable, es llamado de esta manera o comúnmente conocida como PLC. Dispositivo cuya función es pasar información sin alterarla o solo modificarla en determinada forma. Relay es comúnmente usado para referirse a dispositivos de cómputo. Parte de un lazo o un instrumento que primero detecta el valor de una variable de proceso y que asume una correspondencia, predeterminación, y estado inteligible o salida. El sensor puede ser integrado o separado de un elemento funcional o de un lazo. Al sensor también se le conoce como detector o elemento primario. El set point o punto de referencia puede ser establecido manualmente, automáticamente o programado. Su valor se expresa en las mismas unidades que la variable controlada. Dispositivo que conecta, desconecta, selecciona, o transfiere uno o más circuitos y no esta diseñado como un controlador, un relay o una válvula de control. Proceso de una conexión el cual no esta permanentemente conectado, su conexión es solamente temporal o intermitente a un instrumento.
Transductor Transmisor Accesible Término general para un dispositivo que recibe información en forma de uno o más cuantificadores físicos, modificadores de información y/o su forma si requiere, y produce una señal de salida resultante. Dependiendo de la aplicación un transductor puede ser un elemento primario, un transmisor un relay, un convertidor u otro dispositivo. Porque el término transductor no es específico, su uso para aplicaciones específicas no es recomendado. Dispositivo que detecta la variable de un proceso a través de un sensor y tiene una salida la cual varía su valor solamente como una función predeterminada de la variable del proceso. El sensor puede estar o no integrado al transmisor. Este término se aplica a un dispositivo o función que puede ser usado o visto por un operador con el propósito de controlar el desempeño de las acciones de control; como ejemplo: cambios en el set-point, transferencia automanual o acciones de encendido y apagado. 13 Asignable Este termino se aplica a una característica que permite el cambio (o dirección) de una señal de un dispositivo a otro sin la necesidad de la activación de un switch o algún otro elemento. Balón Binario Burbuja Configurable Estación de control Válvula de control Convertidor Sistemas de control distribuidos Función Instrumentación Panel local Alarma Se emplea como sinónimo de burbuja. Término aplicado a una señal o dispositivo que tiene solo dos posiciones o estados discretos. Cuando es usado en su forma más simple, como en señal binaria (lo que es opuesto a señal analógica), el término denota un estado de encendido-apagado o de alto-bajo. Símbolo circular usado para denotar e identificar el propósito de un instrumento o función. Puede contener una etiqueta con un número. Es también un sinónimo de balón. Término aplicado a un dispositivo o sistema cuyas características funcionales pueden ser seleccionadas a través de un programa o de otros métodos. Una estación de carga manual que también proporciona un control en el cambio de manual a automático de los modos de control dentro de lazo de control, a ésta también se le conoce como estación auto-manual. Es un dispositivo que recibe información en determinada manera de un instrumento y transmite una señal de salida en otra forma.un convertidor es también conocido como transductor, de cualquier forma, transductor es un término general, y su uso para conversión de señales no es recomendado. Sistema el cual, mientras es funcionalmente integrado, consiste de subsistemas los cuales pueden ser físicamente separados y colocarse de una forma remota unos de otros. Propósito que debe cumplir un dispositivo de control. Colección de instrumentos o sus aplicaciones con el fin de observar mediciones, control, o cualquier combinación de estos. Que no esta en un panel central, los paneles locales están comúnmente en el ámbito de subsistemas de plantas o subareas. El término instrumento local de panel no puede ser confundido con instrumento local. Es un dispositivo o función que detecta la presencia de una condición anormal por medio de una señal audible o un cambio visible discreto, o puede tratarse de ambas señales al mismo tiempo, las cuales tienen el fin de atraer la atención.
Lazo Combinación de uno o más instrumentos o funciones de control que señalan el paso de uno a otro con el propósito de medir y/o controlar las variables de un proceso. Local Es la localización de un instrumento que no esta ni dentro ni sobre un panel o consola, ni esta montado en un cuarto de control. Los instrumentos locales están comúnmente en el ámbito de un elemento primario o un elemento de control, la palabra campo es un sinónimo muy usado con local. Identificación Elemento final de control Secuencia de letras o dígitos, o ambos, usados para señalar un instrumento en particular o un lazo. Dispositivo que controla directamente los valores de la variable manipulada en un lazo de control. Generalmente el elemento final de control es una válvula de control. 14 Digital Término aplicado a una señal o dispositivo que usa dígitos binarios para representar valores continuos o estados discretos. Detrás del panel Este término se refiere a la posición de un instrumento, el cual ha sido montado en un panel de control, pero no es normalmente accesible al operador. Board Término en inglés el cual se interpreta como sinónimo de panel. Controlador Dispositivo con una salida que varia para regular una variable de control de una manera específica.un controlador manual varía su salida automáticamente en respuesta a una entrada directa o indirecta de un proceso variable. Un controlador manual es una estación manual de carga y su salida no depende de una medida de un proceso variable pero puede variarse solamente por medio de un procedimiento manual. Dispositivo computable o de cómputo Dispositivo o función que emplea uno o más cálculos u operaciones lógicas, o ambas, y transmite uno o más resultados a las señales de salida. Estación auto-manual Término empleado como sinónimo de estación de control. Medición Rango o Campo de Medida Alcance Características Estáticas Es la extracción de información de las variables o parámetros que actúan en los procesos o sistemas Espectro de valores de la variable medida que están comprendidos dentro de los límites superior o inferior de la capacidad de medida o de transmisión de instrumento. Esta representado por dos valores extremos. Ejemplo: Un termómetro que mide entre 29 y 45 ºC. Es la diferencia algebraica entre los valores extremos del rango. El alcance expresa con un solo numero, dado en unidades del proceso. Ejemplo: 16 ºC. El alcance también es conocido con los términos Gama o Amplitud, y con el termino Span del idioma ingles. Son aquellos que deben considerarse cuando el instrumento es usado para medir una condición que no varia con el tiempo, o sea, en condiciones de régimen permanente.
Error estático Sensibilidad Zona Muerta Repetibilidad Histéresis Es la diferencia algebraica entre el valor leído o transmitido por el instrumento y el valor real de la variable medida. Es la razón entre el incremento de la lectura y el incremento de la variable que lo ocasiona, viene dada en tanto por ciento de la amplitud. Es el campo de valores de la variable que no hacen variar la señal de salida del instrumento. Se expresa en tanto por ciento de la amplitud. Es la capacidad de reproducción de las precisiones del indicador del instrumento, al medir repetidamente valores idénticos de la variable en las mismas condiciones de servicio y en el mismo sentido de variación, recorriendo toda la gama. Se considera en general su valor máximo y se expresa en tanto por ciento de la gama. Es la diferencia máxima que se observa en los valores indicados por el indicador del instrumento para el mismo valor cualquiera del campo de medida, cuando la variable recorre toda la escala en los sentidos ascendente y descendente. Se expresa en tanto por ciento de la gama del instrumento. En todo caso el valor presentado en el indicador del instrumento depende de los valores precedentes. Típicamente la respuesta de un instrumento a la variación de la señal de entrada en sentido ascendente o descendente presenta una combinación de histéresis más banda muerta, por lo que para obtener el valor de histéresis, se debe primero conocer su banda muerta, y luego determinar la diferencia (ver figura 4.1). 15 Precisión Velocidad de Respuesta Retardo de Medición Tiempo Muerto Representa la tolerancia de medidas o de transmisión del instrumento y define los limites de los errores cometidos cuando el instrumento se emplea con condiciones normales de servicio. Existen varias formas de expresarlos: 1. Tanto por ciento del alcance. 2. Tanto por ciento del Rango máximo. 3. Tanto por ciento de la lectura efectuada. 4. Directamente, en unidades de la variable medida. Es la rapidez con la cual el instrumento responde a cambios en la cantidad medida. Un retardo en la respuesta del instrumento a cambios en la variable medida. Es un tipo de retardo donde el instrumento comienza a responder solamente cuando la variable ha cambiado en una magnitud lo suficientemente grande para vencer la inercia. El tiempo muerto depende de la velocidad con que la variable medida cambie y de la zona muerta del instrumento.
Error Dinámico Fidelidad Deriva Es la diferencia entre el valor real de la cantidad que esta variando con el tiempo y el valor indicado por el instrumento, si se asume que no hay error estático. Hay error dinámico en todos los instrumentos, ya que se enfrentan a una transferencia de energía que requiere tiempo. Constituye un error adicional al error estático. Es el grado de acercamiento con el cual un instrumento indica los cambios en la variable medida sin aparecer errores dinámicos. Es una variación en la señal de salida del instrumento producida por una variable ajena al proceso medido. Típicamente es atribuida a condiciones ambientales. Ejemplo 25 mv/ ºC para instrumentos electrónicos. En la figura 4.2 se representa el aporte aditivo a la salida debido al calentamiento del instrumento. 16 Conclusiones: Hemos visto un breve paso por algunas definiciones o terminologías mas comunes del ámbito de la instrumentación industrial, y a medida que avancemos y adentremos mas y mas en el tema, se irán incorporando mas definiciones nuevas, lo cual, nunca estaría de mas que copiemos estas definiciones y nos armemos un buen diccionario para implementar de ayuda memoria. Como ya mencionamos anteriormente, es elemental comprender el significado de cada terminología por su definición, ya que este será de ahora en más, nuestro idioma. Como abran visto, en el mundo de la instrumentación y control, hay una gran diversidad de normas que rigen según la industria u bien, según su ubicación geográfica; y no dudo a la hora de decirles que podríamos estar "toda una vida viendo, conociendo y aprendiendo todas las normas que hay hoy en día"; Por ello, solo nos enfocamos en tan solo una de ellas (ISA) que en si, es la mas implementada en la mayoría de los casos ya que globaliza varias terminologías y simbologías que son compatibles con otras normas y eso nos ayudará el día de mañana poder llevar una buena interpretación de diagramas otras normas. Si bien, esto es solo una breve introducción a estas normas y a la clasificación de instrumentos, es un pie inicial para poder comprender el desarrollo de futuros cursos, tutoriales y artículos técnicos que les haremos llegar a usted por intermedio de nuestra web