Diagramas

 

INTRODUCCIÓN:

Se pretende explicar el diagrama de instrumentación de un sistema de control, en una etapa de un proceso industrial. Se identifica cada elemento del diagrama con el uso de la norma ISA-S5.1-84 (R-1992)  para la identificación de instrumentos ya sea por su código o símbolo de acuerdo a la variable del proceso: caudal, manual, nivel, presión, temperatura, etc. Norma ISA-S5.3-1983 para los símbolos de controlo lógico y secuencial. Norma ISA-S5.4-1991 para los diagramas de lazos de control.

 

Ejemplo 1.

Se plantea un diagrama de un sistema de control de una columna de destilación.

 

Tabla 1

Símbolo	Significado	Código de identificación	Primera letra	Segunda letra	Numero de lazo
	Tanque de alimentación	-	-	-	-
	Columna de destilación	-	-	-	-
	Tanque de almacenamiento	-	-	-	-
	Tanque de almacenamiento	-	-	-	-
	Motor de bomba	-	-	-	-
	Flujo de proceso / línea de proceso	-	-	-	-
	Señal eléctrica	-	-	-	-
	Válvula de caudal	FC	F   Caudal	C   Control	-
	Vapor (Steam)	-	-	-	-
	Válvula de Fluido	FO	F   Caudal	O   Orificio Restricción	-
	Controlador de caudal (montado en panel)	FC	F Caudal	C Control	111
	Transmisión de Caudal (montado en campo)	FT	F Caudal	T Transmisión	111
	Regulador de Caudal (montado en campo)	FV	F   Caudal	V   Regulador	111
	Transmisión de presión (montado en campo)	PT	P   Presión	T   Transmisión	115
	Controlador de Presión (montado en panel)	PC	P Presión	C Control	115
	Control de Nivel (montado en panel)	LC	L Nivel	C Control	117
	Transmisión de Nivel (montado en campo)	LT	L Nivel	T Transmisión	117
	Regulador de Presión (montado en campo)	PV	P Presión	V Regulador	115
	Transmisor de Temperatura (montado en campo)	TT	T Temperatura	T Transmisor	116
	Control de Temperatura (montado en panel)	TC	T Temperatura	C Control	116

Tabla con los elementos del diagrama de un sistema de control de una columna de destilación.

Tabla con los elementos del diagrama de un sistema de control de una columna de destilación.

 

Identificamos un tanque de alimentación (Feed Tank) en la parte superior izquierda del diagrama. Este tanque será la materia prima o alimentación del proceso.

Figura 1

                                     Tanque de alimentación o materia prima para el proceso.

 En seguida se encuentra conectado mediante la línea de proceso a un motor de bomba, de acuerdo a la norma ISA-S5.1-84 (R-1992) para símbolos.

         Figura 2

 Motor de bomba conectado a un tanque de alimentación

La línea de proceso sigue y llega a lo que es un instrumento discreto montado en campo de acuerdo a la norma ISA, y que por su código de identificación es un transmisor de temperatura (FT) y tiene un número de lazo 111

Figura 3

Instrumento discreto montado en campo, Transmisor de Caudal (Ft), con número de lazo 111

Del transmisor de temperatura (FT) que esta ubicado en el lugar donde se realiza el proceso (montado en campo), sale una señal eléctrica que llega a un instrumento discreto con una ubicación primaria que es accesible al operador (montado en panel), de acuerdo a su código es un controlador de caudal/fluido (FC).

Figura 4

                                        Controlador de Caudal montado en panel con número de lazo 111.

 Del controlador de caudal (FC) sale una señal eléctrica que llega a una válvula solenoide (o actuador) que controlara a una válvula de fluido (FC) (cierre en fallo, mediante una señal meumatica) colocada colocada en la linea de proceso, perteneciente al lazo 111.

Figura 5

                                        Válvula de Control de Fluido con número de lazo 111

La línea de proceso que sigue de la válvula de caudal (FV) en el lazo 111, será la alimentación (Feed) para la columna de destilación del fluido.

Visto lo anterior podemos decir que el tanque de alimentación contiene el fluido a destilar, mediante un motor de bomba hacemos circular el fluido pasando por un transmisor de caudal en donde un operador podrá controlar el fluido mediante una válvula de caudal para que alimente a la columna de destilación.

 

 

 

 

 

Figura 6

                                                Alimentación para la columna de destilación del proceso.

En el lazo 110 tenemos una línea de proceso que pasa por un instrumento discreto montado en campo que de acuerdo a su código es un transmisor de caudal (FT) que a su vez mediante una señal eléctrica se conecta a un instrumento discreto con una ubicación primaria que es accesible al operador (montaje en panel), de acuerdo a su código es un controlador de caudal (FC) que llega a una válvula de fluido (FC) colocada en la linea de proceso. La válvula controlará la cantidad de fluido que por medio de un intercambiador de calor entrará en forma de vapor a la columna.

En el lazo 110 podemos ver que a la columna de destilación entra un fluido, en este caso en forma de vapor (steam) para calentar el fluido a destilar. Este sistema esta retroalimentado ya que el vapor cuando se condense se volverá liquido, con la ayuda de un motor de bomba (bomba izquierda) regresamos el fluido y este se volverá a vaporizar.

 

 

Figura 7

Alimentación de vapor mediante un Transmisor de Caudal (FT), Controlador de Caudal (FC) y Regulador de Caudal (FV) con retroalimentación mediante un motor de bomba.

Por otro lado tenemos un instrumento discreto montado en campo que de acuerdo a su código es un transmisor de nivel (LT) que se conecta mediante una señal eléctrica a un instrumento discreto con una ubicación primaria que es accesible al operador (montado en panel), de acuerdo a su código es controlador de nivel (LC) utilizado para medir el nivel de la columna de destilación, ambos pertenecientes al lazo 113. Se conecta con una  señal eléctrica a un controlador de caudal (FC) montado en panel, el cual esta conectado con un instrumento discreto montado en campo, un transmisor de caudal (FT) colocado en la linea del proceso y con una válvula de flujo (FV), estos tres ultimos pertenecientes al lazo 112. Lo que podria ser la salida del flujo una vez terminado todo el proceso industrial con la ayuda de un motor de bomba (bomba derecha) para drenar el fluido.

 

 

 

Figura 8

                   Indicador de Nivel de la columna de destilación y drenado del fluido de la columna.

En el lazo 115 tenemos un transmisor de presión (PT) montado en campo, conectado mediante una señal eléctrica con un controlador de presión (PC) montado en panel, ya que estamos trabajando con vapor. El controlador de presión se conecta a una válvula de presión (PV) que sirve como un regulador o liberador de presión.

 

 

 

 

 

 

 

Figura 9

                                      Controlador de Presión de la columna de destilación.

 

Una vez que el fluido se calienta con el vapor, pasamos a un receptor de destilación (Distillate Receiver), el cual tiene 2 funciones:

1) Regresar el fluido si la pureza obtenida no es la suficiente, usando un   transmisor de caudal (FT) montado en campo y conectado con una señal eléctrica a un controlador de caudal (FC) montado en panel , con número de lazo 114, conectado con una señal eléctrica a una válvula de fluido alimentada con un motor de bomba (bomba izquierda) para regresar el fluido a la columna de destilación.

 

 

 

 

 

 

Figura 10

                                           Verificación de pureza del fluido destilado.

 2) Cuando se alcanza la pureza deseada pasa a la etapa final que es el almacenamiento del fluido destilado (storage tank), usando un transmisor de fluido (FT) montado en campo conectado con una señal eléctrica a un control de fluido (FC) montado en panel que controla el caudal mediante una válvula de flujo (FV) que se abre al momento de haber un fallo (FO) en el proceso para llenar el tanque de almacenamiento con ayuda de un motor de bomba (bomba derecha).

 

 

 

 

 

 

 

Figura 11

                                        Llenado del tanque de almacenamiento.

Está válvula de flujo (FV) mediante el controlador de caudal (FC) montado en panel con lazo 118 controla la temperatura en la columna mediante un transmisor de temperatura (TT) montado en campo, conectado mediante una señal eléctrica a un controlador de temperatura (TC) montado en panel en lazo 116.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 12

                                            Control de temperatura de la columna de destilación del fluido.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ejemplo 2.

DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIÓN: CICLO DEL CARBÓN OXICOMBUSTIBLE

 

LAZO 101

El lazo de control 101 se encarga controlar la entrada de aire proveniente de un ventilador, este está conectado por medio de una línea de proceso a una unidad separadora de aire, el oxígeno se dirigirá a la caldera y una banda transportadora introducirá carbón a la caldera para iniciar con el proceso de combustión.

El transmisor de temperatura (TT 101-A) conectado por medio un tubo capilar a la caldera está censando la temperatura dentro esta, este se encuentra conectado por medio de una señal eléctrica a un controlador indicador de temperatura (TIC 101) que es accesible al operador, en caso de que esta temperatura no se regularice se mandara una señal eléctrica al interruptor de temperatura (TS-101) que activará una alarma por baja temperatura (TAL 101) la cual alertara que existe un problema, ambas alarmas están montadas en campo, los problemas encontrados ocasionarán que se cierre la válvula de temperatura (TV 101-A) ya que es una válvula que se cierra en fallo (FC).

En el mismo lazo está el transmisor de temperatura (TT 101-B) conectado por medio de un tubo capilar a la línea de proceso de la caldera, se encarga de censar la temperatura en los gases procedentes de la combustión, que son expulsados de la caldera, esta medida es transmitida al controlador indicador de temperatura (TIC-101) que se encuentra accesible al operador conectada por medio de una señal eléctrica, el cual dependiendo de la medida tomada por el transmisor podrá controlar una válvula de 3 vías, cuya función es dirigir el flujo del gas ya sea de vuelta a la caldera o hacia el condensador para después ser separado y expulsado del proceso, si el transmisor de temperatura (TT 101-B) toma una lectura baja en el gas de salida, el controlador regula la válvula para que esta recircule el gas a la caldera y si el transmisor de temperatura TT 101-B toma una lectura de una temperatura elevada del gas, el controlador regula la válvula para que este gas sea dirigido hacia los procesos de expulsión.

LAZO 201

La corriente que se produce en el generador envía una señal eléctrica al transmisor de corriente (IT 201) y este envía una señal eléctrica al registrador de corriente (IR 201), con el fin de llevar acabo un registro de cuanta electricidad se genera en el proceso.

LAZO 301

El lazo de control 301 se encuentra en la salida del vapor que se produjo de la caldera, este se encarga de regular su flujo hacia la turbina de vapor, con el fin de que el vapor salga a las temperaturas de un vapor sobresaturado ya que solo con este tipo de vapor la turbina puede desempeñar su funcionamiento, el vapor sale por medio de la señal de proceso, en la salida de vapor se encuentra una sonda de temperatura (TW-301) que se encarga de proteger el sistema, después se encuentra un transmisor de temperatura (TT-301) que está conectado por medio de un tubo capilar a la señal de proceso, este nos ayuda a saber con qué temperatura sale el vapor, este manda los datos en forma de señal eléctrica al control registrador de temperatura (TRC 301) que se encuentra accesible al operador, seguido está conectado mediante una señal neumática a la válvula de temperatura (FO) que puede ser abierta mecánicamente si existe algún fallo de temperatura para poder liberar el vapor.

LAZO 403

El lazo de control 403 está instalado a la salida del condensador de vapor, en la línea de proceso se encuentra conectado un transmisor de temperatura (TT 403) por medio de un tubo capilar, el cual toma la temperatura del vapor condensado, esto con la finalidad de saber si ya es fluido en su totalidad, manda este dato por medio de una señal eléctrica a un controlador indicador de temperatura (TIC 403) que se encuentra accesible al operador, este está conectado por medio de una señal neumática a una válvula de temperatura (TV 403) de 3 vías, en la cual si la temperatura está por debajo de la requerida, esta se regula para redirigir la dirección devuelta al condensador, y si la temperatura del vapor condensado es la requerida la válvula abre el paso hacia una bomba centrifuga la cual está programada para regresarle presión al fluido y así pueda recircular por todo el proceso.

CONCLUSIONES

Se explicó el diagrama de un sistema de control de una columna de destilación y el diagrama de instrumentación oxyfuel, analizando cada una de las etapas del proceso y explicando la símbologia usada en el diagrama aplicando las normas ISA para su interpretación,  las acciones que se llevan acabo en el proceso y el código de identificación de los intrumentos.