INSTRUMENTACIN INDUSTRIAL

FASE 4

DIAGRAMA DE PROCESO E INSTRUMENTACIN (P&ID)

WERNER VLADIMIR ANGARITA PIRAJAN

74373057

JULIAN ANDRES MORENO FONSECA

COD.74.380.108

GUSTAVO ADOLFO GOMEZ

CURSO: 208007

GRUPO: 04

TUTOR:

INGENIERO

CARLOS ALBERTO VERA ROMERO

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS BSICAS, TECNOLOGA E INGENIERA ECBTI

INSTRUMENTACIN INDUSTRIAL

CEAD DUITAMA,

MAYO DE 2015.

INTRODUCCIN

Con este trabajo se pretende dar a conocer los distintos aspectos de la

Instrumentacin industrial a travs del estudio del proceso de Destilacin

Genrico, teniendo como base el Diagrama de Proceso e instrumentacin (P&ID),

en un contexto general se deben tener claros los distintos pasos o procedimientos

para analizar las variables que afecta de forma directa o indirecta el control de las

variables de presin, volumen, caudal y temperatura que se encuentran presente

en el anlisis del sistema de control.

Al poder relacionar las variables de entrada al sistema y conocer los

procedimientos adecuados para mantener el conjunto de control o lazos de

control, se llega a analizar las seales, dispositivos, elementos de control durante

todas las etapas del proceso e instrumentacin (P&ID), tambin se deben

diferenciar los elementos o dispositivos para medir, analizar y accionar durante

todas las etapas del proceso.

Identificacin y descripcin de los elementos finales de control de forma

correcta y en orden los elementos que intervienen en la instrumentacin del

Diagrama de Proceso e instrumentacin (P&ID).

Existen una gran variedad de elementos finales de control, interruptores, vlvulas,

diafragmas, motores, pistones, cajas de engranes (reductores), mecanismos y

algunos otros. Pero existen dos tipos que son recurrentemente usados en muchas

operaciones y procesos de la vida diaria y de la industria as como en el comercio

y el sector servicios. Las vlvulas y los pistones.

Tomado de: Nuez, C. (2014) Cmo funcionan las electrovlvulas o vlvulas solenoides deuso

general? Recuperado de, http://www.altecdust.com/blog/item/32-como-funcionan-las-electrovalvulas-

o-valvulas-solenoides-de-uso-general(27/04/2015)

Electrovlvulas o Vlvulas de Solenoide

Electrovlvula (tomada de http://es.wikipedia.org/wiki/Electrov%C3%A1lvula)

A- Entrada B- Diafragma C- Cmara de presin D- Conducto de vaciado de presin E- Solenoide F- Salida.

Una electrovlvula es una vlvula electromecnica, diseada para controlar el

paso de un fluido por un conducto o tubera. La vlvula se mueve mediante una

bobina solenoide. Generalmente no tiene ms que dos posiciones: abierto y

cerrado, o todo y nada. No se debe confundir la electrovlvula con vlvulas

motorizadas, en las que un motor acciona el mecanismo de la vlvula, y permiten

otras posiciones intermedias entre todo y nada. Las electrovlvulas tambin se

usan mucho en la industria para controlar el flujo de todo tipo de fluidos.

Una electrovlvula tiene dos partes fundamentales: el solenoide y la vlvula. El

solenoide convierte energa elctrica, mediante magnetismo, en energa mecnica

para actuar la vlvula.

Existen varios tipos de electrovlvulas. En algunas electrovlvulas el solenoide

acta directamente sobre la vlvula dando la energa necesaria para su

movimiento. Tambin es posible construir electrovlvulas biestables que usan un

solenoide para abrir la vlvula y otro para cerrar o bien un solo solenoide que abre

con un impulso de corriente y cierra con el siguiente. Estas tienen dos contactos

elctricos, de modo que al cambiar de posicin la vlvula abre uno de ellos y cierra

el otro.

En el control automtico de los procesos industriales, la vlvula de control juega

un papel muy importante en el bucle de regulacin. Realiza la funcin de variar el

caudal de fluido de control que modifica, a su vez, el valor de la variable medida,

comportndose como un orificio de rea continuamente variable. Dentro del bucle

de control tiene tanta importancia como el elemento primario, el transmisor y el

controlador.

Las electrovlvulas o vlvulas solenoides son dispositivos diseados para

controlar el flujo (ON-OFF) de un fluido. Estn diseadas para poder utilizarse con

agua, gas, aire, gas combustible, vapor entre otros. Estas vlvulas pueden ser de

dos hasta cinco vas. Pueden estar fabricadas en latn, acero inoxidable o pvc.

Dependiendo del fluido en el que se vayan a utilizar es el material de la vlvula.

Accin directa

La diferencia entre la vlvula N.C. a la N.A. de accin directa es que, cuando la

vlvula N.C. no est energizada el embolo permanece en una posicin que

bloquea el orificio de tal manera que impide el flujo del fluido, y cuando se

energiza la bobina el embolo es magnetizado de tal manera que se desbloquea el

orificio y de esta manera fluye el fluido. La N.A. cuando la bobina no est

energizada mediante la accin de un resorte el embolo se mantiene en tal posicin

que siempre est abierta y cuando se energiza la bobina la accin es hacia abajo

empujando el resorte haciendo que cierre el orificio e impida que fluya el fluido.

Normalmente cerrada (N.C)

Vlvula Solenoide

Normalmente abierta (N.A)

Vlvula Solenoide

Accin Indirecta

La caracterstica principal de la vlvula del tipo accin indirecta es que cuando

recibe el comando elctrico se acciona el embolo el cual permite a su vez como

segunda accin, o accin indirecta, que el diafragma principal se abra o se cierre,

en una accin indirecta. Esta serie de vlvulas necesita una presin mnima para

poder funcionar correctamente. Tambin en esta serie de comando indirecto

tenemos vlvulas normalmente cerradas y vlvulas normalmente abiertas.

Vlvula Solenoide

Accin Mixta

En las vlvulas de Accin Mixta o Combinada una caracterstica es que no

requieren una presin mnima como las de accin indirecta. Estas vlvulas al igual

que las de accin indirecta el comando de abertura se hace en 2 tiempos, primero

se vaca la presin superior del diafragma grande y despus, segunda accin, la

presin de abajo del diafragma lo empuja para que se abra. Adems el embolo

est sujetado por medio de un resorte al diafragma grande y este resorte acelera

la accin de la presin de abajo hacia arriba para abrir el mismo diafragma, esta

es la segunda etapa de apertura.

Estas vlvulas de accin mixta pueden ser ya sea normalmente abiertas o

normalmente cerradas.

Vlvula Solenoide

En las vlvulas de accin mixta y de accin indirecta, los diafragmas que se

utilizan dependen del material que vaya a fluir a travs de ellas. Los diafragmas

pueden ser de BUNA, VITON o TEFLON debido a que cada uno de estos

diafragmas tiene ciertas caractersticas. Por ejemplo el diafragma de BUNA

soporta temperaturas de (-10+90 C) y es recomendado para agua, aire, gas inerte.

En el caso del VITON soporta temperaturas ms altas (-10+140 C) y se

recomienda para aceite ligero, gasolina, disel. En el caso del TEFLON soporta

temperaturas (-10+180 C) este se recomienda para vapor debido a la temperatura

que puede soportar y que el tefln es ms resistente.

Servomotores

Es pertinente explicar entonces que un servomotor; en su definicin ms bsica,

es un motor que puede ser controlado en su velocidad de funcionamiento y en la

posicin dentro de un rango de operacin para ejecutar la actividad requerida.

Este control es realizado mediante un dispositivo llamado encoder, que mediante

una seal electrnicamente codificada, indica las acciones de velocidad y

movimiento a ejecutar. El servomotor es instalado en un equipo o mquina, para

permitir que esta tenga control de la posicin, direccin y velocidad de una carga o

herramienta, mediante su utilizacin.

Fig. 7 Servomotor Elctrico (tomado de

http://www.directindustry.es/prod/stober/actuadores-electrico-desplazadoras-

husillo-bolas-servomotor-6037-796159.html)

Control manual de procesos

El control manual de los procesos o (con la mano), el sistema es accionado o

controlado por el operador , el operador nota el cambio de la variable que se est

controlando en el sistema y determina ya sea por la lectura de un elemento de

medicin de la variable o por su experiencia que se debe accionar el elemento de

control como una vlvula, un interruptor u otro elemento con el que se controla la

variable que se controla dentro del proceso industrial, este mtodo de control tiene

una caracterstica especial y es que siempre debe ser controlada por un operario

y se pueden presentar fallas en la salida final de la variable.

Control automtico de procesos

La regulacin automtica es una rama de la ingeniera que se ocupa del control de

un proceso en un estado determinado; por ejemplo, mantener la temperatura de

una calefaccin, el rumbo de un avin o la velocidad de un automvil en un valor

establecido.

La regulacin automtica, tambin llamada Teora de control, estudia el

comportamiento de los sistemas dinmicos, tratndolos como cajas o bloques con

una entrada y una salida. En general, la entrada al sistema es una seal analgica

o digital que se capta en algn punto del sistema. Los bloques intermedios

representan las diversas acciones perturbadoras que afectan a la seal, como

rozamientos en los actuadores, as como el efecto de los elementos de control

interpuestos, los reguladores. Estos efectos se suelen representar mediante las

funciones matemticas que los describen, llamadas funciones de transferencia. La

salida del sistema se llama referencia y corresponde al valor de la seal tras

actuar sobre ella las anteriores funciones de transferencia. Cuando una o ms de

las variables de salida de un sistema tienen que seguir el valor de una referencia

que cambia con el tiempo, se necesita interponer un controlador que manipule los

valores de las seales de entrada al sistema hasta obtener el valor deseado de

salida. (Tomado de

http://es.wikipedia.org/wiki/Regulaci%C3%B3n_autom%C3%A1tica)

Simbologas de vlvulas (tomado de

http://www.academia.edu/6377206/SIMBOLOG%C3%8DA_E_IDENTIFICACI%C3

%93N_DE_INSTRUMENTOS)

Elementos finales de control del proceso destilacin Genrico del diagrama

(P&ID).

Flecha de entrada de flujo proceso

Flecha de salida de flujo proceso.

Vlvula de alivio de presin tipo angular ajustada o calibrada a 52psi

Vlvula de alivio de presin tipo angular ajustada o calibrada a 55psi.

Vlvula de alivio de presin tipo angular ajustada o calibrada a 73 psi

Vlvula de alivio de presin tipo angular ajustada o calibrada a 100 psi

Vlvula de alivio de presin tipo angular ajustada o calibrada a 410 psi

Vlvula de alivio de presin tipo angular ajustada o calibrada a 500 psi

Vlvula de Angulo ajuste de presin de vaco tipo angular.

Figura Ocho Abierta.

Vlvula de control auto reguladora de flujo normalmente abierta con vlvula de globo

normalmente cerrada con bypass conexin neumtica.

Actuador tipo cilndrico accin sencilla, con vlvula de bola normalmente cerrado.

Vlvula solenoide, con vlvula de tres vas, actuador tipo solenoide con sistema de reposicin

manual

Vlvula solenoide, con vlvula de tres vas, con actuador tipo cilndrico accin sencillo.

Nombre Diagrama Descripcin

Bomba de enfriamiento de agua

Esta encargada de enfriar el agua que circula

por ella, dependiendo de la temperatura deseada

en la parte control.

Vlvula de alivio o seguridad de ngulo

Estn diseadas para aliviar la presin cuando un

fluido supera un lmite preestablecido (presin de

tarado). Su misin es evitar la explosin del sistema

protegido o el fallo de un equipo o tubera por un

exceso de presin

Vlvula de control - actuador neumtico

Con el smbolo de arriba quiere decir controlada

por diafragma neumtico. El mismo diafragma

puede efectuar la apertura y el cierre, y reducir las

presiones.

Vlvula de retencin (check)

Son vlvulas integrales que estn destinadas a

impedir la inversin del flujo en las tuberas.

Principalmente, su funcionamiento es automtico y

se mantienen abiertas por la presin del flujo que

circula. Y slo se cierra con el paso del mecanismo

de retencin o por la contrapresin cuando se

invierte el flujo. Tienen el propsito de permitir el

flujo en un solo sentido y su aplicacin principal es

en la descarga de bombas. Su funcin es prevenir

que el flujo bombeado regrese una vez que las

bombas se detienen. Tambin evitan que el flujo de

retorno provoque un giro inverso de las bombas, lo

cual puede en algunos casos, daar los equipos de

bombeo.

Bomba de seguridad con turbina

Globo o compuerta

se utilizan principalmente para dejar pasar o no un

fluido (ON-OFF)

Vlvula con tres vas actuada por solenoide

En este caso tiene tres entradas/salidas. Los

mecanismos de actuacin de la vlvula pueden, bien

dirigir el flujo del f luido por una u otra salida,

segn convenga; tomar fluido de una u otra entrada,

tambin segn convenga. Tambin mezcla, o

separa, fluidos de dos direcciones o de dos

procedencias, en proporciones determinadas.

Dispositivo operado elctricamente variando la

corriente que circula a travs de un solenoide

(conductor ubicado alrededor de un mbolo, en

forma de bobina) y es utilizado para controlar el

flujo del lquido en posicin completamente abierta

o completamente cerrada. Al circular la corriente

por el solenoide genera un campo magntico que

atrae el mbolo mvil, al finalizar el efecto del

campo magntico, el embolo vuelva a su posicin

por efecto de la gravedad, un resorte o por presin

del fluido a controlar.

Torre de destilacion

Aqu es donde se inyecta agua, para el proceso

de destilacin calentndola a la temperatura

requerida.

Valvula de globo

Permiten regular el paso del fluido, el cual al pasar

por la vlvula cambia de direccin debido a su

diseo por lo que ofrece una gran resistencia a su

circulacin.

EXPLICACION DETALLADA DEL PROCESO GENERICO DE DESTILACION.

FV 41 (Vlvula de amortiguamiento de Nivel de Flujo), con accionamiento elctrico

conectado a PLC por medio de cable red Profibus asociado a su vez al controlador

FFC 41 que determina el estado de la vlvula de acuerdo a la informacin

registrada por el trasmisor de flujo FT 41,este tipo de vlvula es del tipo de

regulacin porcentual y controla la apertura o cierre del flujo de vapor de entrada

hacia el tanque de fraccionamiento C5.

El agua que proviene como alimentacin del fraccionador es llevada hacia el

tanque o torre de fraccionamiento principal de dos formas:

Primera: Impulsada por una bomba de enfriamiento de agua con motor elctrico

(P10) que posee una cabeza nominal de 1900 Galones por minuto y una presin a

la descarga de 460 PSID, monitoreada por un medidor de presin (PG 122)

montado de forma local en la succin de la bomba enseguida de una vlvula de

accionamiento mecnico de tipo mariposa.

La presin de descarga es monitoreada por un medidor de presin (PG 123), en

su camino hacia los intercambiadores de recuperacin de calor pasa por una

vlvula anti retorno o check protegido a su vez por una vlvula de sobrepresin

de accionamiento mecnico calibrada a 410 PSI. La salida de esta bomba (P 10)

se unifica con la salida de (P 11) integrando su flujo para llevarlo a E5, E6, E7.

Segunda: Por una bomba de enfriamiento de agua impulsada por vapor

proveniente de Dwg. 10957, que contiene una presin de 1000 PSI de

alimentacin a la turbina de (P11) cuya salida o descarga va hacia el condensador

de retorno unificndose con dos bombas mas (P13, P15).En la succin de la

bomba se encuentra montado de forma local un medidor de presin (PG125) y en

la descarga posee otro (PG124) con el fin de medir la presin de salida hacia los

intercambiadores de calor.

El ducto o tubera antes de unirse con el proveniente de la bomba (P11) pasa

atraves de una vlvula anti retorno o Check. Una vez unificados los caudales de

descarga de P10 y P11 son llevados hacia los intercambiadores de calor E5, E6,

E7 por medio de tubera con cambio trmico para ingresar finalmente a la torre de

fraccionamiento principal C5.

FV 37 (Vlvula de amortiguamiento de Nivel de Flujo), con accionamiento elctrico

conectado mediante seal de tipo elctrico 4 a 20 mA asociado a su vez al

controlador Indicador de Nivel LIC 38 montado de forma local en panel accesible

al operador que posee disparo por nivel alto y nivel bajo que determina el estado

de la vlvula de acuerdo a la informacin registrada por el Controlador Indicador

de flujo FIC 37 y el transmisor de flujo FT 37,este tipo de vlvula es del tipo de

regulacin porcentual y controla la apertura o cierre del flujo de agua recirculada

desde el fondo de la Torre C5 por la bomba P 12 impulsada por motor elctrico

con una capacidad de 2880 GPM y una presin a la descarga de 70 PSID, de

igual forma por la bomba P13 impulsada por vapor proveniente de Dwg. 10957,

que contiene una presin de 1000 PSI de alimentacin a la turbina de (P13),la

descarga de estas dos bombas (P12 y P13) fluyen hacia un nico ducto con

cambio trmico que utiliza parte del flujo depositndolo atraves de la caldera E9

finalmente en la Torre de fraccionamiento principal C5 ,de igual forma que lo hace

el controlador FIC 37 hacia C5.

FV 31 (Vlvula de amortiguamiento de Nivel de Flujo), con accionamiento elctrico

conectado a PLC por medio de cable red Profibus asociado a su vez al controlador

FC 31 que determina el estado de la vlvula de acuerdo a la informacin

registrada por el trasmisor de flujo FT 31,este tipo de vlvula es del tipo de

regulacin porcentual y controla la apertura o cierre del flujo de agua proveniente

del acumulador V13 atraves de la bomba P 14 impulsada por motor elctrico con

una capacidad de 2350 GPM y una presin a la descarga de 55 PSID, de igual

forma por la bomba P14 impulsada por vapor proveniente de Dwg. 10957, que

contiene una presin de 1000 PSI de alimentacin a la turbina de (P14),la

descarga de estas dos bombas (P14 y P15) fluyen hacia un nico ducto con

cambio trmico en dos direcciones hacia C5 por la vlvula descrita FV31 y hacia

producto destilado Dwg 28543 atraves de la vlvula FV 34.

FV 34 (Vlvula de amortiguamiento de Nivel de Flujo), con accionamiento elctrico

conectado a PLC por medio de cable red Profibus asociado a su vez al controlador

FC 34 que determina el estado de la vlvula de acuerdo a la informacin

registrada por el trasmisor de flujo FT 34,este tipo de vlvula es del tipo de

regulacin porcentual y controla la apertura o cierre del flujo de agua proveniente

de las bombas P14 y P15 hacia producto destilado Dwg 28543.

PV 33b (vlvula de amortiguamiento de presin), con accionamiento neumtico a

distancia montada en campo, este tipo de vlvula es controlada por un control

neumtico PIC 33 que posee Indicacin y Control por nivel bajo en 3PSI y nivel

alto en 9 PSI, es del tipo de regulacin porcentual para controlar la apertura o

cierre del flujo de vapor, para mantener la presin de alivio requerida en la lnea

de control Dwg 62314, y pertenece al lazo de control nmero 33.

REFERENCIAS

CREUS, Antonio Instrumentacin Industrial 8 edicin, Mxico: Editorial

Alfaomega, 2010. 441 pg. ISBN: 978-607-707-042-9 Vlvulas Solenoide

http://www.fidena.edu.mx/biblioteca/librosMaquinas/libros%20curricula/7o.%

20semestre/Refrigeracion%20ll/Manual%20Tecnico%20de%20refrigeracion

/07%20Valvulas%20Solenoide.pdf (Mar. 17 2014)

Vera, C (2014) Gua de Actividades del Trabajo Prctico del curso de Instrumentacin Industrial. Escuela de Ciencias Bsicas, Tecnologas e Ingenieras (ECBTI) de la Universidad Nacional Abierta y a Distancia (UNAD) CCAV Pamplona.