SMARTPLANT INSTRUMENTATION

Una de las herramientas más importantes que un ingeniero de instrumentación debe aprender a manejar, es el “SMARTPLANT INSTRUMENTATION” (Anteriormente conocido como “INTOOLS”).

En este artículo no se pretende enseñar a utilizar este programa; pero si mostrar los puntos más importantes.

El “SMARTPLANT INSTRUMENTATION” es una base de datos con alguna aplicación especial.

Principalmente este programa nos permite llevar un control de la información más relevante para el desarrollo de la instrumentación de un proyecto.

Anteriormente este trabajo se realizaba con otras bases de datos por ejemplo el ACCESS; pero no obstante dependiendo del alcance del proyecto para algunos documentos ACCESS sigue siendo la mejor opción.

El “SMARTPLANT INSTRUMENTATION” es una herramienta muy potente, aunque costosa y cada vez son más los clientes que están obligando a las ingenierías a usar este programa. 

1. ABRIR EL SMARTPLANT

1.1 Para abrir la aplicación, pulsar en el icono

1.2. Introducimos nuestro usuario y password

1.3. Seleccionar el proyecto y pulsar aceptar

Los proyectos se pueden dividir a su vez en distintas unidades.

Cada unidad constará de sus equipos correspondientes, las hojas de datos se dividirán según estas unidades.

2. DOMAIN EXPLORER

Esta ventana se abre al pulsar la tecla “F7”. Desde aquí podemos ver de forma estructurada toda la información del programa: cables, líneas, documentos, instrumentos, equipos, cabinas…

En la parte superior del explorador, tenemos las unidades del proyecto. Al seleccionar una unidad veremos las carpetas con la información específica de cada unidad.

En la parte inferior del explorador, tenemos las carpetas que comparten todas las unidades del proyecto.

Por ejemplo: La lista de líneas de un proyecto; es una información compartida por todas las unidades del proyecto, sin embargo la hoja de datos de un instrumento pertenece a una unidad de nuestro proyecto.

Para crear un nuevo instrumento abrimos la carpeta de instrumentos, pulsamos botón derecho y seleccionamos nuevo instrumento.

Introducimos el nombre (TAG) y el tipo.

3. HERRAMIENTAS PRINCIPALES DEL "SMARTPLAN INSTRUMENTATION"

Las herramientas que vamos a ver a continuación podemos acceder pulsando su icono en la parte superior izquierda de la pantalla.

3.2. Process Data

Este módulo nos permite crear las hojas de proceso de los equipos. (Tras haber creado el instrumento)

Para crear una hoja de datos nueva entraremos en el módulo de procesos (pulsando en el botón indicado arriba) y pulsaremos en el botón de abajo indicado en la siguiente imagen.

Indicaremos el nombre completo del instrumento que queremos crear la hoja de datos.

Otra forma de crear la hoja de procesos asociada al instrumento es usar el DOMAIN EXPLORER, pulsamos con el botón derecho del ratón sobre el instrumento y seleccionamos “Generate a Process Data Sheet”.

Una vez generada la hoja de procesos, debe ser rellenada. (A poder ser por el departamento de procesos)

Con este módulo además de asociar los instrumentos a una hoja de procesos, también se puede diseñar el formato de la hoja de procesos de cada tipo de instrumento.

3.3. Specification

Este módulo nos permitirá crear la hoja de datos del instrumento (tras haber creado previamente la hoja de procesos).

Para crear una hoja de datos pulsaremos en "open spec" dentro del módulo "specification"

Otra forma de crear la hoja de datos asociado al instrumento, es usar el DOMAIN EXPLORER, para ello debemos pulsar con el botón derecho del ratón sobre el instrumento y seleccionamos “Generate a Process Data Sheet”.



Indicaremos el nombre del instrumento que queremos crear una hoja de datos y le asociaremos un "Form number"

Nota: Toda las hoja de datos tiene "Form number" (formulado) asociado. Cada "Form number" está asociado a una o varias "Page". Por ejemplo una válvula de control, puede contar con una "Page" donde se detalla las características de la válvula, otra "Page" donde se detallen las características de la solenoide y otras dos para los finales de carrera. No obstante lo habitual es que cada "Form" tenga sociado una sóla "Page". Si deseamos modificar el formato de la hoja de datos, tendremos que abrir la "Page" correspondiente asociada al "Form". Para ello iremos a "Page Editor".

Una vez generada la hoja de datos debe ser rellenada (por el departamento de Instrumentación & Control)



3.4. Browser

Es una herramienta que nos permiten modificar los datos de proceso o las especificaciones a modo de tabla, lo cual resulta muy práctico y rápido.



Para usar esta opción, primero debemos crear nuestra tabla seleccionando los campos que se quiera ver y filtrando los equipos que necesitemos. Cada usuario dispondrá de sus tablas que podrá compartir con el resto.



Una vez creada abrimos la tabla y modificamos los datos que queramos. Por ejemplo cambiar el rango de todos los instrumentos de caudal del proyecto.



3.5. Document Binder

Es una herramienta que permite controlar las revisiones de los documentos que vamos a realizar. Esta aplicación lleva un control de todos los cambios entre una revisión y otra.

Actualmente este módulo da bastantes dolores de cabeza, es bastante lento y se puede bloquear, no obstante INTERGRAPH da un buen soporte a sus clientes y trabaja día a día para mejorar todas sus aplicaciones.

3.6. Document Wiring

Esta herramienta nos permitirá realizar el cableado de los distintos equipos con los armarios de control, marshalling y junction-boxes.



3.7. Document Calculation

Esta aplicación nos permitirá calcular de forma preliminar algunos instrumentos, con ello podremos comparar los datos con los calculados por el suministrador.

Por ejemplo cálculo de válvulas de seguridad, cálculo de vibración de termopozos, válvulas de control, placas de orificios para caudalímetros… 

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InstrumentacionHoy 24/12/2014

MÍNIMA PRESIÓN PARA LA REGULACIÓN DE UNA ATEMPERACIÓN DE VAPOR

La atemperación de vapor consta de: la válvula de control y del desurperheater.

La válvula de control regulará el caudal del fluido (frío) que aportaremos a la tubería principal para atemperar el vapor.

La presión que tenemos que tener en el “punto 3”  como regla general debe ser más o menos 2,5 bares por encima de la presión del vapor que queremos enfriar P3=P1+2,5bar

Estos 2,5 bares no caerán súbitamente en los difusores esta sobrepresión permitirá que el agua penetre adelantando al vapor con una velocidad superior, y así realizar un intercambio óptimo de temperatura.

"V1>V2"
V1-->Velocidad del agua
V2-->Velocidad del vapor

Si no introducimos el agua con la sobre presión requerida por el suministrador corremos el peligro de que parte del agua antes de evaporar caiga sobre la tubería flaseando y produciendo un choque térmico.

Por otro lado es conveniente reservar 1,5 bares de caída de presión en la propia válvula de control para poder tener cierto margen de regulación.

Los datos de partida son las condiciones de vapor que tenemos antes y después de la atemperación. (punto 1 y punto 2 del dibujo)

Sabiendo la entalpía en el “punto 1” y la entalpía que queremos en el “punto 2”. La diferencia entre “entalpía 1” y  “entalpía 2” será la entalpía de agua que debemos añadir. (entalpía 3)

Si consideramos que la temperatura del agua de atemperación es constante y tras definir la presión a la que debe entrar el fluido, sabiendo la entalpía que tenemos que aporta podemos calcular el caudal de agua que necesitamos.

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Julio César Fernández Losa 19/12/2014

MÁXIMO NIVEL DE RUIDO EN UNA VÁLVULA

1. NORMATIVA SOBRE MÁXIMO NIVEL DE RUIDO EN UNA VÁLVULA
2. SOLUCIONES PARA EVITAR EL RUIDO EN UNA VÁLVULA 

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1. NORMATIVA SOBRE MÁXIMO NIVEL DE RUIDO EN UNA VÁLVULA

Hay varias normas donde se establece los máximos niveles de ruido que no deberíamos sobrepasar en una planta industrial.

Ver:  Normativa-OSHA;  Norma- API EA7301

Según estas normas se recomienda los siguientes niveles máximos de ruido a un metro de distancia:

8 horas al día --> 90db
6 horas al día --> 92db
4 horas al día --> 95db
2 horas al día --> 100db
1 hora al día   --> 105db
1/2 hora al día--> 110db
1/4 hora al día--> 115db
Pico puntual   --> 140db

Por lo general los límites de ruido que se suelen establecer en un proyecto de ingeniería son:

-Los equipos de forma continúa no deben superar los 85db a un metro de distancia.

-Algunos equipos como las válvulas de seguridad que trabajan solo en casos excepcionales se les permiten los 115-125db a 1,5 metros, con un pico de hasta 140db. Además, en caso de disparo puede ser conveniente saber que equipo ha disparado y poder ubicarlo rápidamente.

2. SOLUCIONES PARA EVITAR EL RUIDO EN UNA VÁLVULA 

1°-Instalar internos anti-ruido, esto solo será posible con algunos modelos de válvulas.

Realmente los internos anti ruido no reducen el nivel ruido, lo que hacen es llevar el sonido a un umbral de frecuencia que no percibe el ser humano.


2°-En el caso de venteos podemos instalar un silenciador para evitar el ruido generado por el tubo en el punto que se emite a la atmósfera.

El silenciador generará una pequeña contra-presión que ayudará a la válvula a que no genere tanto ruido (ejemplo 1 bar o 2 bares)

El porcentaje de caída de presión en los silenciadores colocados después de una válvula pueden ser de hasta el 10% para válvulas de seguridad convencionales, hasta 40% en válvulas balanceadas, hasta el 50% en válvulas autopilotadas y el porcentaje que más nos interese en las válvulas de control.

3º- También podríamos instalar a continuación de la válvula un silenciador, un orificio de restricción simple o una placa multi-orificio, que nos permita reducir la caída de presión en nuestra válvula, y así reducir los niveles de ruido. Tener en cuenta que siempre que desviemos parte de la caída de presión reservada para la válvula a otro equipo, estamos perdiendo capacidad de regulación en la propia válvula.

4º- Para el cálculo del ruido de los equipos se puede tener en cuenta el aislamiento de la tubería, que dependiendo del material podría llegar a atenuar unos 3db por "cm" con un máximo de unos 15db.

5º-Por último, si no encontramos otra solución a la atenuación del ruido de una válvula la podríamos aislar acústicamente, mediante una carcasa, hecha a su medida.

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Julio César Fernández Losa 18/12/2014

MEDIDA DE TEMPERATURA EN UNA PLANTA INDUSTRIAL

Nota: Este artículo es una introducción a los instrumentos de temperatura más utilizados en las plantas industriales (principalmente en el sector Petroquímico y Energía). En estos sectores la mayoría de la instrumentación de temperatura se instalarán en las tuberías para medir las temperaturas de los fluidos.

1. INDICADORES LOCALES DE TEMPERATURA
1.1. Termómetro Bimetálico
1.2. Termómetro de Expansión de Bulbo
1.3. Indicadores Locales Digitales

2. TRANSMISORES DE TEMPERATURA
2.1. Sensor y Transmisor
2.2. Señal de un Transmisor
2.3. Transmisor en Cabeza o Remoto
2.4. PT100 y Termopares

   2.4.1. PT100

   2.4.2. Termopares

3. SWITCHES DE TEMPERATURA

3.1. Switch Bimetálico

3.2. RTD (NTC, PTC)
3.3. Contactos del Switch

4. MONTAJE DE LOS INSTRUMENTOS DE TEMPERATURA

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Vamos a hacer una división en tres grupos:

1º- Indicadores locales

2º - Transmisores de temperatura

3º - Switches de temperatura

1. INDICADORES LOCALES DE TEMPERATURA

Un indicador de temperatura es un instrumento de medida, en el que una aguja señala sobre una escala la temperatura del fluido.

1.1. Termómetro Bimetálico

El indicador de temperatura más usado es el termómetro bimetálico. Este equipo consta de un elemento sensible a la temperatura, alojado en un tubo metálico.

Los cambios de temperatura hacen que el extremo libre de la hélice gire, accionando el indicador.

La hélice del termómetro bimetálico consta de de dos capas de metal de distintos materiales. Estos materiales tienen distintos coeficientes de dilatación por lo que al aumentar la temperatura, uno se dilata más que otro, lo que hace que el muelle se deforme.

1.2. Termómetro de Expansión de Bulbo

Los termómetros de expansión, en lugar de una hélice bimetálica, están rellenos de un fluido que se expande al aumentar la temperatura, provocando la rotación la aguja indicadora.

La dilatación de un fluido para medir la temperatura es el mismo principio que usan los viejos termómetros de mercurio.

Los termómetros de bulbo tiene la ventaja que se puede instalar con capilar, lo cual permite llevar el indicador a zonas más visibles.

1.3. Indicadores Locales Digitales

También se pueden encontrar indicadores locales electrónicos (con baterías) que permiten alejar la indicación del punto de medida.

El elemento de medida al que se conecta el indicador puede ser un termistor (resistencia variable con la temperatura.

2. TRANSMISORES DE TEMPERATURA

Llamamos transmisores a los equipos que envían el valor medido (señal analógica) a algún controlador.

Esto permitirá saber al sistema de control que temperatura hay en un punto determinado del proceso.

2.1. Sensor y Transmisor

Aunque todo el conjunto se denomine comúnmente transmisor, realmente se debe distinguir entre el sensor y el transmisor.

El sensor reacciona ante la variable medida (en este caso la temperatura), y envía eléctricamente dicha variación al transmisor. 

El transmisor interpreta la señal recibida por el sensor y envía la información de una forma más estandarizada al equipo final que va a procesar la información (por ejemplo un PLC).

2.2. Señal de un Transmisor

Hay varios métodos en los que se puede enviar las señal desde los transmisores al sistema de control: un valor de corriente, un valor de tensión, información enmascarada en algún protocolo de comunicaciones etc…

Uno de los metodos más usados y más robustos, es enviar desde el transmisor una señal que puede estar entre 4 a 20 mili-amperios.

Nota: Si por ejemplo el rango configurado en el transmisor es de 10ºC a 110ºC, quiere decir que cuando el transmisor envíe 4 mili-amperios es porque la temperatura medida es 10ºC y cuando el transmisor esté enviando 20 mili-amperios será porque esté midiendo 110ºC (con esta misma configuración cuando la temperatura se 60ºC la corriente sería 12 mili-amperios).

Si en lugar de "4" mili-amperios, el sensor envía “0” mili-amperios el sistema de control podrá interpretar que hay un problema en la medida.

Es muy habitual que además de especificar los trasmisores de 4-20mA se requiren con HART incorporado."Pulsa aquí" Si quieres saber mas sobre comunicación HART 

2.3. Transmisor en Cabeza o Remoto

Hay dos métodos de instalar los transmisores en cabeza o remotos.

En el ejemplo de la izquierda del dibujo, el transmisor se instala en cabeza. Esta configuración permite minimizar la distancia entre el sensor y el transmisor, transformando rápidamente la señal medida por el sensor a una señal mucho más robusta enviada por el transmisor.

La señal del sensor es muy sensible a errores producidos por la naturaleza del cable o por la inducción electromagnética de otros cables. Por ello la distancia de este cable para los casos en los que se instale el transmisor remoto es bastante limitada. 

Otra posibilidad es no tener que instalar transmisor, en algunas ocasiones la tarjeta instaladas en el sistema de control (PLC o DCS) es capace de interpretar directamente la señal generada.

Por otro lado, en algunas ocasiones se puede requerir el transmisor con indicación, tal como se muestra en el siguiente dibujo.

2.4. PT100 y Termopares

En la mayoría de los casos, los transmisores de temperatura se conectan a dos tipos de sensores.

- PT100 ( Termoresistencias)

- Termopares

2.4.1. PT100

Una PT100 es un termoresistencia.

Esto quiere decir que es un sensor cuya resistencia al paso de la corriente eléctrica varía en función de la temperatura  (siguiendo una gráfica bastante lineal).

Está fabricada de platino y presenta una resistencia de 100 ohmnios cuando está a una temperatura de 0ºC

Las PT100 suele ser una buena opción cuando nuestro rango de medida se encuentre -200ºC o 400ºC

Nota: En el caso del dibujo anterior el instrumento consta de doble PT100. Esto es muy común cuando se requiere una como SPARE.

La PT100 se puede cablear a 2, 3 o 4 hilos. Cablear a 3 o 4 hilos permitirá evitar el error introducido por la propia resistencia del cable (usando un puente de Wheatstone).

2.4.2. Termopares

Los termopares es una unión soldada de dos metales que generan un valor de tensión en función de la diferencia de temperatura entre dos puntos. 

Al generar un valor de tensión en función de la diferencia de temperatura entre dos puntos, para medir correctamente, se necesita saber la temperatura en el punto donde se interpreta la medida (en el transmisor) esto se llama medida del lado frío.

Los transmisores de temperatura de termopares, tienen una termoresistencia en el propio transmisor para poder hacer la compensación del lado frío.

Hay muchos tipos de termopares son: B, E, J, K, N, R, S, T. Lo más usados son los tipo K. 

Los termopares pueden llegar a medir temperatura mayores que las termoresistencias. 

Nota: En la mayoría de las aplicaciones se podrán utilizar indistintamente termoresistencias o termopares. Dependerá principalmente de la preferencia del cliente.

Eléctricamente un termopar obedece al siguiente esquema: 

Nota: En base al esquema anterior se podrían poner varios transmisores en paralelo a un solo termopar y cada uno compensaría con sus juntas frías sin que uno afecte a la medida del otro. De esta forma con un solo termopar podríamos enviar la señal medida a dos puntos. No obstante esto es sólo una curiosidad, no debería hacerse si se puede evitar.

Tipos de uniones de termopares:

Nota: Al igual que las PT100, los termopares se pueden requerir dobles cuando sea necesario. Bien sea como SPARE, por requisito del cliente o por que se quiera conectar cada sensor a distintos transmisores.

Además de lo expuesto hasta ahora, se pueden especificar 3 tipos distintos de diseños de termopares:

-Aislado, con menor velocidad del respuesta.

-A tierra, más rápido que el anterior.

-Expuesto, el que más velocidad de respuesta tendrá.

Nota: Si tienen continuidad eléctrica con el termopozo estaría tocándolo directamente y permitirá que la medida sea más rápida. Como contrapartida, el termopozo podría actuar como cátodo y en algunos líquidos corrosivos podría provocar un deterioro acelerada.

En el caso de los termopares si el transmisor no se instala en cabeza, se requerirá utilizar un cable especial.

El cable utilizado entre el sensor y transmisor puede ser de dos tipos:

- Cable de Extensión

- Cable de Compensación

El cable de extensión tiene los mismos materiales que el termopar y permitirá una medida con menos error, pero son más caros.

El cable de compensación tiene materiales con propiedades eléctricas similares.

Nota: La distancia máxima para un cable de extensión o compensación depende de varios factores sin embargo, no se recomiendan extensiones de más de 30 metros.

Entre el transmisor del termopar o de la PT100 y el sistema de control, el cable requerido es un cable normal de 1 par de cores (se recomienda trenzado y apantallado).

3. SWITCHES DE TEMPERATURA

Los switches de temperatura (Interruptor/Termostato) detectan que la temperatura está por encima o por debajo de un valor preestablecido generando una señal digital (todo-nada, "1" o "0", sí o no..).

3.1. Switch Bimetálico

Uno de los switches de temperatura más usados y más sencillos son los bimetálicos, al llegar a una temperatura, un elemento metálico se dilata y activa un interruptor. 

El interruptor puede ser cableado por ejemplo a un cuadro eléctrico o a un armario de control.

3.2. RTD

Otros switches utilizan RTD (termo-resistencias) para detectar el valor de temperatura del proceso.

En estas aplicaciones ya no se suelen utilizar PT100 (usadas para transmitir valores analógicos), para los switches se suelen utilizar otro tipo de termoresistencias que presentan una variación exponencial de la resistencia al alcanzar un valor determinado de temperatura.

Hay dos tipos de RTD:

- PTC (Positive Temperature Coefficient)

- NTP (Negative Temperature Coefficient)

Las PTC son resistencias cuyo valor aumenta al aumentar la temperatura.

Las NTC son resistencias cuyo valor disminuye al aumentar la temperatura.

Tanto las PTC como las NTC, no se suelen cablear directamente a ningún equipo de control, suelen requerir instalar un equipo electrónico en el medio que interprete el valor medido por el sensor y que abriendo o cerrando un interruptor nos indique si se ha sobrepasado o no un valor prefijado.

Estos equipos electrónicos suelen requerir de una alimentación auxiliar y se suelen instalar en cajas próximas a las RTD.

Es muy común instalar PTC y NTC en los devanados y cojinetes de motores cuando se requiere tener una indicación o proteger el motor cuando la temperatura sobrepase un determinado valor.

Nota: "PT100, PTC, NTC" todos estos sensores pertenecen a la familia de las “RTD” (resistance temperature detector), sensores cuya resistencia varia con la temperatura. 

Debido a sus características eléctricas las PT100 responden de una forma muy lineal ante la variación de temperatura, esto las hace aptas para poder transmitir el valor de la temperatura medida.

3.3. Contactos del Switch

Los interruptores donde se cableará la señal se suelen especificar como contactos secos (libres de cualquier tensión o referencia eléctrica del instrumento) y pueden ser:

Nota: Como mínimo se recomienda especificar SPDT.

Para saber cuando usar el contacto NC (Normalmente Cerrado) o NO (Normalmente Abierto/Open), puede leer el siguiente artículo. "Link Diseño seguro".

4. MONTAJE DE LOS INSTRUMENTOS DE TEMPERATURA

Aunque en algunas casos se instalan directamente los instrumentos en las tuberías (por ejemplo en conductos de HVAC o en el aceite de lubricación de un motor), en la mayoría de los casos el instrumento no tendrá contacto directo con el fluido del proceso.

Para mantener el instrumento aislado del proceso se instalará un termopozo o termovaina entre ambos que protegerá al instrumento.

Nota: Para saber más sobre la instalación de termopozos pulsa en este siguiente enlace "Termovainas o Termopozos"

En tuberías muy pequeñas (como en tubing) si no es posible instalar un termopozo, se puede medir directamente la temperatura de la superficie de la tubería.

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Julio César Fernández Losa 21/12/2014