Texto Guia Especial Id Ad Inacap Automatizacion

INDICE 1. INTRODUCCION ............................................................................................. 1 1.1. 1.2. 1.3. 2. ORIGEN DEL TEMA ....................................................................................... 1 JUSTIFICACIN TCNICA............................................................................... 2 PRESENTACIN DEL TRABAJO: CONOCIMIENTOS ESPECFICOS DE LA ESPECIALIDAD Y CONOCIMIENTOS DE TECNOLOGAS ASOCIADAS. ................................ 3 TECNOLOGA BASICA DE INSTRUMENTOS Y MATERIALES. .................. 4 2.1. INSTRUMENTOS: DEFINICIONES Y PRESENTACIN. ......................................... 4 2.1.1. Sensores, Transductores, Detectores de Presencia, Indicadores / Visores y Transmisores.................................................................................... 4 2.1.1.1. Sensores ........................................................................................ 4 2.1.1.2. Transductores ................................................................................ 4 2.1.1.3. Detectores de Presencia................................................................ 5 2.1.1.4. Indicadores / Visores...................................................................... 8 2.1.1.5. Transmisores ................................................................................. 8 2.1.2. Instrumentos Anlogos y Digitales..................................................... 9 2.1.3. Instrumentos Analticos. ...................................................................11 2.1.4. Vlvulas, Actuadores, Posicionadores, Detectores de Posicin y Vlvulas a Solenoide. .....................................................................................13 2.1.4.1. Vlvulas. ......................................................................................13 2.1.4.1.1 Vlvulas de aislamiento .............................................................13 Vlvulas de compuerta.........................................................................13 2.1.4.1.2 Vlvulas de aislamiento y/o regulacin......................................14 Vlvula de macho.................................................................................14 Vlvula de bola.....................................................................................15 Vlvula de mariposa.............................................................................15 2.1.4.1.3 Vlvulas de regulacin ..............................................................15 Vlvulas de globo o de asiento ............................................................16 Vlvulas de aguja .................................................................................16 Vlvulas en Y .......................................................................................17 Vlvulas de ngulo ...............................................................................17 2.1.4.1.4 Vlvulas de contraflujo o retencin............................................18 Vlvula de disco ...................................................................................18 Vlvula de retencin por disco partido .................................................18 Vlvula de retencin a bola o pistn.....................................................19 2.1.4.1.5 Vlvulas de seguridad ...............................................................19 2.1.4.1.6 Vlvula de diafragma.................................................................20 2.1.4.1.7 Vlvula tipo PINCH ................................................................20 2.1.4.2. Actuadores ....................................................................................21 2.1.4.2.1 Actuadores Elctricos ................................................................21 2.1.4.2.2 Actuadores Neumticos ............................................................21

2.1.4.2.3 Actuadores Hidrulicos..............................................................22 2.1.4.3. Posicionadores..............................................................................22 2.1.4.3.1 Posicionadores Neumticos (presin/presin): .........................23 2.1.4.3.2 Posicionadores Electroneumticos (corriente/presin):.............23 2.1.4.3.3 Posicionadores Digitales: ..........................................................24 2.1.4.4. Detectores de Lmite .....................................................................24 2.1.4.5. Vlvulas a Solenoide. ...................................................................25 2.1.4.5.1 Vlvulas a solenoide de accin directa......................................25 2.1.4.5.2 Vlvulas a solenoide operada por piloto ....................................26 2.1.4.5.3 Vlvulas a solenoide de dos vas ..............................................27 2.1.4.5.4 Vlvulas a solenoide de tres vas ..............................................27 2.1.4.5.5 Vlvulas solenoide de cuatro vas .............................................28 2.2. TCNICAS GENERALES DE INSTALACIN Y MONTAJE. ....................................29 2.2.1. Proteccin del Ambiente: Clasificacin IP y NEMA. .........................29 IP. (Ingress protection) ................................................................................29 NEMA. (National Electrical Manufacturers Association) ..............................30 2.2.2. Clasificacin de reas de Riesgo Elctrico. ....................................32 2.2.2.1. Definicin reas, clasificaciones EE.UU, CE.................................33 2.2.2.1.1. Clasificacin de reas Por CLASE ............................................34 2.2.2.1.2. Clasificacin de reas Por DIVISION. .......................................35 2.2.2.1.3. Clasificacin de productos por GRUPO. ...................................35 2.2.2.1.4. Definiciones segn norma Chilena NCh Elec. 4/2003 Electricidad. (Indicadas con sus respectivas numeraciones de captulos segn norma).36 2.2.2.2. Tcnicas a prueba de explosin antideflagrante o explosion proof ..40 2.2.2.2.1. Tcnica de Seguridad Intrnseca ...............................................41 2.2.2.2.2. Tcnica de Encapsulado. ..........................................................42 2.2.2.2.3. Tcnica de seguridad aumentada. ............................................42 2.2.2.3. Protecciones, barreras Zener, Opto acopladores, Aisladores Galvnicos y Relays de Interposicin. ............................................................43 2.2.2.3.1. Barreras Zener. .........................................................................43 2.2.2.3.2. Aisladores Galvnicos. ..............................................................44 2.2.2.3.3. Optoacopladores. ......................................................................46 2.2.2.3.4. Relay de interposicin. ..............................................................47 2.2.3. Buses de campo y tcnicas inalmbricas. .......................................47 2.2.3.1. Buses de campo y niveles OSI. ....................................................48 2.2.3.2. Buses propietarios y buses abiertos. ..........................................49 2.2.3.3. Ventajas de los Buses de Campo. ...............................................50 2.2.3.3.1. Controlnet ..................................................................................51 2.2.3.3.2. Devicenet...................................................................................52 2.2.3.3.3. Modbus......................................................................................53 2.2.3.3.4. Fieldbus Foundation. ................................................................54 2.2.3.3.5. Hart............................................................................................55 2.2.3.3.6. Profibus (Process Field Bus) .....................................................57

2.2.3.4. Tcnicas Inalmbricas ..................................................................60 2.2.4. Conexionado: Seal, Fuerza, Tierra, Pantallas y Buses...................62 2.2.4.1. Seal.............................................................................................62 2.2.4.2. Fuerza. ..........................................................................................63 2.2.4.3. Tierra.............................................................................................63 2.2.4.4. Cables para comunicaciones digitales. .........................................63 2.2.4.4.1. Cable coaxial .............................................................................63 2.2.4.4.2. Fibra ptica. .............................................................................65 2.2.4.4.2.1. Atenuacin.................................................................................65 2.2.4.4.2.2. Perfil de ndice de refraccin. ....................................................66 2.2.4.4.2.3. Apertura Numrica (NA). ...........................................................67 2.2.4.4.2.4. Ventajas generales de la fibra ptica.........................................69 2.2.4.4.2.5. Pruebas. ....................................................................................70 2.2.5. Tomas de seal de procesos: Hook up, Filtrado, Acondicionamiento y otros conceptos...............................................................................................72 2.2.5.1. Hook up.........................................................................................72 2.2.5.2. Tubo (tubing).................................................................................73 2.2.5.3. Tubera (piping).............................................................................73 2.2.5.4. Uniones roscadas y por bridas......................................................74 2.2.5.5. Filtrado de seal elctrica. ............................................................74 2.2.5.6. Acondicionamiento........................................................................75 2.2.6. Comisionamiento de instalaciones. ..................................................76 2.3. VARIABLES DE PROCESO MS FRECUENTES Y TCNICAS DE INSTRUMENTACIN ASOCIADAS. ..........................................................................................................77 2.3.1. Presencia y posicin. .......................................................................77 2.3.2. Presin. ............................................................................................81 2.3.2.1. Transmisores de presin electrnicos...........................................82 2.3.2.2. Esquemas de montaje. .................................................................83 2.3.3. Nivel. ................................................................................................88 2.2.3.1. Medicin mediante transmisin de presin diferencial..................89 2.3.3.2. Tcnicas de medicin. ..................................................................90 Conductivos .........................................................................................90 De radar ...............................................................................................91 Horquilla vibrante .................................................................................92 2.3.4. Flujo y caudal: volumtrico y msico ...............................................92 Electromagntico..................................................................................92 Efecto Vortex........................................................................................93 Efecto Coriolis ......................................................................................94 2.3.5. Temperatura. ...................................................................................95 Sensores de medida de temperatura de Termopar..............................96 Dispositivos sensores de temperatura de resistencia (RTD)................96 Dispositivos de medida de temperatura Infrarrojos ..............................97 Dispositivos de medida de temperatura Bimetlicos ............................97 Dispositivos de medida de temperatura de fluido de expansin ..........98

Dispositivos de medida de temperaturas de Cambio-de-estado ..........99 2.3.6. Peso (fuerza) esttico y dinmico.....................................................99 2.3.6.1. Pesaje esttico............................................................................100 2.3.6.2. Pesaje dinmico. ........................................................................101 2.3.6.3. Medios de Pesaje Mecnicos......................................................102 -Balanzas mecnicas ................................................................................103 -Balanzas electromecnicas......................................................................104 -Balanzas electrnicas ..............................................................................105 2.3.6.4. Medios de Pesaje Elctricos. ......................................................105 -Medios de Pesaje Elctricos ....................................................................105 -Galgas extensiomtricas ..........................................................................105 -Cristal Piezoelctrico................................................................................107 -Celdas Magnetostrictivas .........................................................................108 -Medios de Pesaje Radioactivos ...............................................................110 2.3.6.5. Pesaje Batch. ..............................................................................112 2.3.7. Variables analticas comunes ambientales y de seguridad: conductividad, anlisis de pH, concentracin de slidos en suspensin, concentracin de partculas slidas en gases, analizadores de oxigeno, cromatografa, calorimetra, humedad relativa y presencia de llama. ...........114 2.3.7.1. Conductividad. ...........................................................................114 Sensores de conductividad que funcionan segn el principio de medicin conductivo ..................................................................................115 Sensores de conductividad que funcionan segn el principio de medicin inductivo .....................................................................................116 2.3.7.2. Anlisis de pH. ............................................................................118 Ecuacin de Nernst ............................................................................118 Medicin de pH ..................................................................................119 2.3.7.3. Concentracin de slidos en suspensin ....................................121 2.3.7.3.1. Refractometra. .......................................................................121 Principio de refractometra .................................................................121 Angulo crtico. ....................................................................................124 2.3.7.4. Concentracin de partculas slidas en gases. ...........................126 2.3.7.4.1. Precipitador electrosttico (PES). ...........................................126 Principio de operacin........................................................................128 Otros tipos de Precipitadores .............................................................130 -Precipitador de placas planas ..................................................................130 -Precipitador tubular ..................................................................................131 -Precipitadores Hmedos ..........................................................................131 -Precipitadores de Dos Etapas ..................................................................132 2.3.7.4.2. Opacidad. ...............................................................................133 Transmisometra de doble paso .........................................................134 Transmisometra de un solo paso ......................................................135 2.3.7.5. Analizadores de oxigeno .............................................................136

2.3.7.5.1. Medida de la susceptibilidad paramagntica del oxigeno. ...136 2.3.7.5.1.1. Principio del viento magntico .................................................137 Tipo de anillo....................................................................................137 Tipo de filamento .............................................................................138 2.3.7.5.1.2. El principio de Quinke..............................................................139 2.3.7.5.1.3. Deflexin..................................................................................140 2.3.7.5.2. Anlisis de la concentracin de oxigeno por medios electroqumicos.............................................................................................141 2.3.7.5.2.1. Celda de oxido de zirconio. ....................................................141 2.3.7.6. Cromatografa. ...........................................................................144 2.3.7.7. Principio de calorimetra..............................................................148 Calor...................................................................................................148 Unidades de Cantidad de Calor .........................................................148 Calormetro................................................................................................150 2.3.7.8. Humedad relativa. .......................................................................153 Psicrometra por bulbo hmedo/bulbo seco .......................................153 Sensores por desplazamiento............................................................154 Sensor de bloque de polmero resistivo .............................................154 Sensores capacitivos .........................................................................155 2.3.7.9. Presencia de llama. ....................................................................157 2.3.7.9.1. Detectores de llama.................................................................157 1.-Detectores Ultravioleta (UV)..................................................................158 2.-Detectores Infrarrojos (IR).....................................................................158 IR/IR deteccin de llama ....................................................................158 IR/IR/IR deteccin de llama................................................................159 3.-Detectores UV/IR ..................................................................................159 4.-Detectores de llama con cmara de video ............................................160 2.3.7.9.2. Sistemas de monitoreo de llama de quemador .......................160 1.-Procesador de Seal.............................................................................161 2.-Cabezal Visor (FSVH) ...........................................................................162 Tipos de Cabezales Visores segn su tecnologa.....................................163 Tecnologa Ultravioleta.......................................................................163 Tecnologa Infrarroja ..........................................................................164 Tecnologa Infrarroja / Ultravioleta (IR+UV) .......................................165 Detector de ionizacin........................................................................166 2.4. TECNOLOGA DE LOS MATERIALES DE MONTAJE..........................................167 2.4.1. Materiales para conducir. ..............................................................167 2.4.1.1. Escalerillas o bandejas portaconductores...................................168 Capacidad de carga ...........................................................................170 Terminacin .......................................................................................170 2.4.1.2. Caeras o Conduits. ................................................................171 Conduit rgido (norma ANSI C80.1):...................................................172

Tubo elctrico liviano (norma NCh 498 C67 tipo I serie CI): ..............172 2.4.1.3. Canales de cables o trincheras ...................................................174 2.4.2. Materiales para soportar. ...............................................................175 2.4.3. Materiales para conectar ................................................................177 2.4.4. Consideraciones Relativas a reas Industriales Corrosivas...........178 Conduits de PVC (Cloruro de polivinilo) .............................................178 Conduits de Ac Galvanizado recubierto en PVC ................................179 Escalerillas de FRP ( Fiberglass reinforced plastic) ...........................179 Pinturas y sistemas de recubrimiento Anticorrosivos .........................179 2.4.5. Consideraciones Relativas a reas Industriales Explosivas. .........179 2.4.6. Gabinetes .......................................................................................180 Gabinetes presurizados. ...................................................................182 3. CONOCIMIENTOS GENERALES DE TRAZADO DE CAERAS, P&ID DE PROCESOS Y PROYECTOS DE INSTRUMENTACIN. ...................................184 3.1. DIAGRAMAS DE PROCESO E INSTRUMENTACIN (P&ID). .............................184 3.1.1. Concepto y Utilidad.........................................................................184 Criterios para la elaboracin de un P&ID ...........................................184 Criterios para la identificacin de los elementos del sistema de control ....185 3.1.2. Norma ISA-5.1-1984 (R1992) de Simbologa y Nomenclatura: Lectura e Interpretacin. ..............................................................................188 Identificacin funcional de los instrumentos .......................................188 Numeracin de lazos..........................................................................189 Identificacin de lazos segn su funcin ............................................190 3.1.3. Norma SAMA: Lectura e Interpretacin. ........................................193 3.2 OTROS PLANOS ASOCIADOS A LA ESPECIALIDAD. .........................................196 3.2.1 Planos de planta y plot plan............................................................196 3.2.2 Diagramas isomtricos ...................................................................199 3.2.3 Diagramas de canalizacin en bloques ..........................................201 3.2.4 Planos de canalizacin y cableado.................................................203 3.2.5 Planos de distribucin elctrica para instrumentos.........................205 3.2.6 Planos de conexionado en sistemas y gabinetes ...........................207 3.2.7 Diagramas de lazo de instrumentos ...............................................209 3.2.8 Diagrama de montaje mecnico y hook up de instrumentos ..........211 3.3 OTROS DOCUMENTOS DE INGENIERA RELATIVOS A LA ESPECIALIDAD ............213 3.3.1 Carta Gantt .....................................................................................213 3.3.2 Diagramas Pert...............................................................................215 3.3.3 Listado de instrumentos..................................................................217 3.3.4 Listado de entradas y salidas fsicas del sistema ...........................219 3.3.5 Listado de cables............................................................................221 3.3.6 Listado de materiales de instrumentacin ......................................222 3.3.7 Especificaciones tcnicas y administrativas de construccin .........223 3.3.8. Hojas de Datos de Instrumentos (Data Sheets). ............................224

3.3.8.1. Data sheet instrumento de nivel..................................................225 3.3.8.2. Data sheet flujmetro electromagntico ......................................231 3.3.8.3. Data sheet instrumento de presin diferencial ............................234 3.3.8.4. Data sheet manmetro................................................................238 3.3.8.5. Data sheet instrumento de presin .............................................241 3.3.8.6. Data sheet sensores de resistencia para temperatura................245 3.3.8.7. Data sheet instrumentos de temperatura ....................................248 3.4. NORMAS TCNICA DE USO FRECUENTE. .....................................................252 3.4.1. Norma Chilena de Dibujo................................................................252 3.4.2. Norma Chilena Elctrica. ................................................................263 NCh 4/2003 ..............................................................................................263 INSTALACIONES DE CONSUMO EN BAJA TENSION ...........................263 1.Objetivo ..........................................................................................263 2.Alcance...........................................................................................263 3.4.3. Normas API y OIML........................................................................264 3.4.3.1. Normas API (American Petroleum Institute) ...............................264 3.4.3.2. Normas OIML (Organizacin Internacional de Metrologa Legal). 265 4. CONOCIMIENTOS GENERALES ................................................................268 4.1. DISTRIBUCIN ELCTRICA Y DIAGRAMA UNILINEAL .......................................268 4.2. CAERAS, BRIDAS Y EMPAQUETADURAS ...................................................268 4.2.1 Caeras .........................................................................................268 4.2.1.2. Materiales....................................................................................269 4.2.1.3. Diferencias entre caeras y tubos..............................................270 4.2.2. Bridas o Flanges.............................................................................271 4.2.3. Tipos de Bridas o Flanges ..............................................................272 Bridas con cuello para soldar (welding neck) .....................................272 Bridas deslizantes (slip on) ................................................................273 Bridas ciegas......................................................................................273 Bridas sanitarias.................................................................................274 4.2.4. Empaquetaduras ............................................................................275 4.3. AISLACIN TRMICA .................................................................................276 4.4. TRAZADO TRMICO (TRACING) ...................................................................277 Sistemas usados para calentamiento........................................................278 1.- Caeras con calentamiento externo paralelo ......................................278 2.- Tubo de calentamiento externo ............................................................278 3.- Calentamiento elctrico (Electric tracing) .............................................278 4.5. TRAMPAS DE VAPOR, DERIVACIONES, DRENAJES, VENTEOS Y OTROS CONCEPTOS........................................................................................................279 4.5.1. Trampas de Vapor ..........................................................................279 4.5.1.1. Mecnicas ...................................................................................280 4.5.1.2. Termoestticas............................................................................281 4.5.2. Derivaciones ...................................................................................281

4.5.3. 4.5.4. 4.5.5. 4.5.6. 4.5.7. 4.5.8. 4.5.9. 5. 6. 7.

Reducciones ...................................................................................281 Posicin de las vlvulas..................................................................282 Drenajes y Venteos ........................................................................282 Vlvulas de alivio de presin ..........................................................283 Vlvulas de seguridad y alivio ........................................................283 Atravieso de Caeras a travs de paredes....................................284 Manmetros y termmetros ............................................................284

CONCLUSIN. .............................................................................................285 BIBLIOGRAFIA. ...........................................................................................286 6.1. BIBLIOGRAFA ELECTRNICA .....................................................................288 GLOSARIO...................................................................................................290

INDICE FIGURAS

FIGURA 1.- TRANSDUCTOR DE PRESIN ....................................................................... 4 FIGURA 2.- DETECTORES ULTRASNICOS .................................................................... 5 FIGURA 3.- DETECTORES INDUCTIVOS ......................................................................... 5 FIGURA 4.- DETECTORES CAPACITIVOS ....................................................................... 6 FIGURA 5.- DETECTORES FOTOELCTRICOS................................................................. 6 FIGURA 6.- SISTEMA DE DETECCIN DE BARRERA ......................................................... 7 FIGURA 7.- SISTEMA DE DETECCIN RFLEX ................................................................ 7 FIGURA 8.- SISTEMA DE DETECCIN AUTOREFLEX ........................................................ 7 FIGURA 9.- INDICADORES ........................................................................................... 8 FIGURA 10.- TRANSMISORES ...................................................................................... 9 FIGURA 11.-ESQUEMA TRANSMISIN ANLOGA ...........................................................10 FIGURA 12.- ESQUEMA TRANSMISIN ANLOGA...........................................................10 FIGURA 13.- INSTRUMENTACIN ANALTICA PARA MEDICIN DE PH................................12 FIGURA 14.- VLVULA DE COMPUERTA .......................................................................14 FIGURA 15.- VLVULA DE MACHO ...............................................................................14 FIGURA 16.- VLVULA DE BOLA ..................................................................................15 FIGURA 17.- VLVULA DE MARIPOSA ..........................................................................15 FIGURA 18.- VLVULA DE GLOBO O DE ASIENTO ..........................................................16 FIGURA 19.- VLVULA DE AGUJA ................................................................................16 FIGURA 20.- VLVULA EN Y .......................................................................................17 FIGURA 21.- VLVULA DE NGULO .............................................................................17 FIGURA 22.- VLVULA DE DISCO ................................................................................18 FIGURA 23.- VLVULA DE RETENCIN POR DISCO PARTIDO ...........................................18 FIGURA 24.- VLVULA DE RETENCIN A BOLA O PISTN ...............................................19 FIGURA 25.- VLVULAS DE SEGURIDAD .......................................................................19 FIGURA 26.- VLVULA DE DIAFRAGMA.........................................................................20

FIGURA 27.- VLVULA TIPO PINCH ........................................................................20 FIGURA 28.- ACTUADORES ELCTRICOS.....................................................................21 FIGURA 29.- ACTUADORES NEUMTICOS ....................................................................21 FIGURA 30.- ACTUADORES HIDRULICOS ...................................................................22 FIGURA 31.- POSICIONADOR NEUMTICO TIPO 3766...................................................23 FIGURA 32.- POSICIONADORES ELECTRONEUMTICOS (CORRIENTE/PRESIN)...............23 FIGURA 33.- POSICIONADORES DIGITALES ..................................................................24 FIGURA 34.-DETECTORES DE POSICIN ......................................................................25 FIGURA 35.- VLVULAS A SOLENOIDE DE ACCIN DIRECTA ...........................................26 FIGURA 36.- VLVULAS A SOLENOIDE OPERADA POR PILOTO ........................................26 FIGURA 37.- VLVULAS A SOLENOIDE DE DOS VAS ......................................................27 FIGURA 38.- VLVULAS A SOLENOIDE DE TRES VAS .....................................................27 FIGURA 39.- VLVULAS SOLENOIDE DE CUATRO VAS ...................................................28 FIGURA 40.- ESQUEMA DE CONEXIN INTRNSECAMENTE SEGURO. ...............................42 FIGURA 41.- CAJA SE DERIVACIN DE SEGURIDAD AUMENTADA.....................................43 FIGURA 42.- ESQUEMA BARRERA ZENER .....................................................................44 FIGURA 43.- ESQUEMA AISLADOR GALVNICO .............................................................46 FIGURA 44.- OPTOACOPLADOR ..................................................................................46 FIGURA 45.- GRFICO DE TIPO DE BUSES ...................................................................48 FIGURA 46.- NIVELES OSI.........................................................................................48 FIGURA 47.- ENCAPSULAMIENTO DE LA TRAMA MODBUS TCP ......................................54 FIGURA 48.- FIELDBUS Y LOS NIVELES OSI .................................................................55 FIGURA 49.- SEAL DE TRANSMISIN CON PROTOCOLO HART. .....................................57 FIGURA 50.- TECNOLOGAS DE TRANSMISIN PROFIBUS ...........................................59 FIGURA 51.- TABLA CARACTERSTICAS DE BUSES ........................................................59 FIGURA 52.- TRANSMISIN INALMBRICA ....................................................................61 FIGURA 53.- ESQUEMA DE CONEXIN DE UNA RED INALMBRICA INDUSTRIAL. ................62 FIGURA 54.- TIPOS DE CABLES DE COMUNICACIONES ...................................................64 FIGURA 55.- ESQUEMA DE NDICE DE REFRACCIN ESCALN ........................................66 FIGURA 56.- ESQUEMA DE NDICE DE REFRACCIN GRADUAL ........................................67 FIGURA 57.- DETALLE CABLE FIBRA PTICA.................................................................67 FIGURA 58.- FRMULA DE APERTURA NUMRICA. ........................................................68 FIGURA 59.- ESQUEMA DE APERTURA NUMRICA.........................................................68 FIGURA 60.- ESQUEMA MONOMODO ...........................................................................68 FIGURA 61.- ESQUEMA MULTIMODO ...........................................................................69 FIGURA 62.- UNIN ROSCADA DE TUBING....................................................................74 FIGURA 63.-INTERRUPTORES FINALES DE CARRERA.....................................................78 FIGURA 64.- PRINCIPIO DE OPERACIN INDUCTIVO ......................................................79 FIGURA 65.- PRINCIPIO DE OPERACIN CAPACITIVO .....................................................80 FIGURA 66.- COMPONENTES DE UN SENSOR DE PROXIMIDAD ULTRASNICO...................80 FIGURA 67.- COMPONENTES DE UN SENSOR FOTOELCTRICO ......................................81 FIGURA 68.-TRANSMISOR DE PRESIN TIPO EMP 2.....................................................84 FIGURA 69.-TRANSMISOR DE PRESIN ROSEMOUNT 3051 ...........................................84 FIGURA 70.-MONTAJE TRANSMISOR DE PRESIN ROSEMOUNT 3051 ............................85 FIGURA 71.-MONTAJE DE MANMETROS .....................................................................86

FIGURA 72.-TRANSMISORES DE PRESIN ....................................................................88 FIGURA 73.-DETECTOR DE NIVEL CAPACITIVO .............................................................90 FIGURA 74.-DETECTOR DE NIVEL CONDUCTIVO ...........................................................91 FIGURA 75.-DETECTOR DE NIVEL POR RADAR..............................................................91 FIGURA 76.-DETECTOR DE NIVEL DE HORQUILLA VIBRANTE ..........................................92 FIGURA 77.-COMPONENTES DE UN SENSOR DE FLUJO ELECTROMAGNTICO ..................93 FIGURA 78.-ESQUEMA EFECTO VORTEX .....................................................................94 FIGURA 79.-UNIDAD SENSORA DE EFECTO CORIOLIS ...................................................95 FIGURA 80.- SENSOR DE MEDIDA DE TEMPERATURA DE TERMOPAR ..............................96 FIGURA 81.- DISPOSITIVO SENSOR DE TEMPERATURA DE RESISTENCIA (RTD) ...............97 FIGURA 82.- DISPOSITIVO DE MEDIDA DE TEMPERATURA INFRARROJO ...........................97 FIGURA 83.- DISPOSITIVOS BIMETLICOS ....................................................................98 FIGURA 84.- SENSORES DE FLUIDO EXPANSIVO ...........................................................98 FIGURA 85.- SENSOR DE TEMPERATURA DE CAMBIO DE ESTADO ...................................99 FIGURA 86.- PESAJE ESTTICO ................................................................................100 FIGURA 87.- PESAJE DINMICO ................................................................................101 FIGURA 88.- BALANZA .............................................................................................102 FIGURA 89.-BALANZA MECNICA ..............................................................................103 FIGURA 90.-SISTEMA ELECTROMECNICO.................................................................104 FIGURA 91.-BALANZA ELECTRNICA.........................................................................105 FIGURA 92.-GALGA EXTENSIOMTRICA .....................................................................106 FIGURA 93.- SENSOR PIEZOELCTRICO ....................................................................107 FIGURA 94.-PRINCIPIO MAGNETOSTRICTIVO ..............................................................109 FIGURA 95.-PRIMERA CONFIGURACIN CELDA DE CARGA MAGNETOSTRICTIVA .............110 FIGURA 96.-SEGUNDA CONFIGURACIN CELDA DE CARGA MAGNETOSTRICTIVA ............110 FIGURA 97.-CINTA DE PESAJE CON SENSOR RADIOACTIVO..........................................111 FIGURA 98.-PESAJE BATCH .....................................................................................113 FIGURA 99.-PRINCIPIO DE MEDICIN CONDUCTIVO.....................................................116 FIGURA 100.-PRINCIPIO DE MEDICIN INDUCTIVO ......................................................117 FIGURA 101.-SENSORES DE CONDUCTIVIDAD ............................................................117 FIGURA 102.-ELECTRODO DE PH Y ELECTRODO DE REFERENCIA PARA LA MEDIDA DE PH ......................................................................................................................119 FIGURA 103.- ESCALA MODERNA DE PH ...................................................................120 FIGURA 104.-ESQUEMA EXPLICATIVO LEY DE REFRACCIN Y DE REFLEXIN ................122 FIGURA 105.- REFRACTMETRO PARA MEDICIONES IN-SITU .......................................124 FIGURA 106.-DESCRIPCIN DE LOS FENMENOS DE: REFRACCIN ORDINARIA, REFRACCIN EN EL NGULO CRTICO Y REFLEXIN TOTAL....................................124 FIGURA 107.- REFRACTMETRO DE PROCESO MODELO 614 DE LIQUID SOLID CONTROL ......................................................................................................................125 FIGURA 108.-PRECIPITADOR ELECTROESTTICO (PES).............................................126 FIGURA 109.-ELECTRODOS DE DESCARGA................................................................127 FIGURA 110.-ELECTRODOS DE CAPTURA ..................................................................127 FIGURA 111.-FUNCIONAMIENTO PRECIPITADOR ELECTROSTTICO ..............................128 FIGURA 112.-FUNCIONAMIENTO PRECIPITADOR ELECTROSTTICO ..............................129 FIGURA 113.- PRECIPITADOR DE PLACAS PLANAS ......................................................130

FIGURA 114.-PRECIPITADOR ELECTROSTTICO TUBULAR ...........................................131 FIGURA 115.- COMPONENTES DE UN TRANSMISMETRO DE DOBLE PASO ....................134 FIGURA 116.-TRANSMISMETRO DE OPACIDAD DE DOBLE PASO OPM 2001................135 FIGURA 117.-COMPONENTES DE TRANSMISMETRO DE UN SOLO PASO .......................135 FIGURA 118.-DETECTOR TIPO DE ANILLO ..................................................................137 FIGURA 119.-DETECTOR TIPO DE FILAMENTO ............................................................138 FIGURA 120.-ESQUEMA EXPLICATIVO DEL PRINCIPIO DE QUINKE ................................139 FIGURA 121.-ESQUEMA EXPLICATIVO DE UN ANALIZADOR PARAMAGNTICO POR DEFLEXIN ......................................................................................................140 FIGURA 122.-DIAGRAMA EXPLICATIVO DE CELDA DE OXIDO DE ZIRCONIO .....................142 FIGURA 123.-EQUIPO QUE UTILIZA CELDA DE OXIDO DE ZIRCONIO, WDG-IV DE AMETEK THERMOX .......................................................................................................142 FIGURA 124.- COMPONENTES DE UN CROMATGRAFO DE GASES ...............................145 FIGURA 125.- FUNCIONAMIENTO CROMATGRAFO DE GASES .....................................146 FIGURA 126.- CROMATOGRAMA ...............................................................................147 FIGURA 127.-DIAGRAMA EXPLICATIVO PRINCIPIO DE CALORIMETRA ............................148 FIGURA 128.-DIAGRAMA FUNCIONAL CALORMETRO ONLINE DE ALTA VELOCIDAD FLO-CAL THERMO SCIENTIFIC ........................................................................................152 FIGURA 129.-CALORMETRO EN LNEA THERMO SCIENTIFIC FLO-CAL..........................152 FIGURA 130.-PSICRMETRO ...................................................................................154 FIGURA 131.-SENSOR DE HUMEDAD RESISTIVO .........................................................155 FIGURA 132.-SENSOR DE HUMEDAD CAPACITIVO .......................................................156 FIGURA 133.-SENSORES DE HUMEDAD Y TEMPERATURA ............................................156 FIGURA 134.-BANDA ESPECTRAL .............................................................................157 FIGURA 135.-DETECTORES DE LLAMA ULTRAVIOLETA (UV) ........................................158 FIGURA 136.-DETECTOR DE LLAMA TRIPLE INFRARROJO (IR3)....................................159 FIGURA 137.-DETECTOR DE LLAMA IR/UV................................................................159 FIGURA 138.-DETECTOR DE LLAMA INFRARROJO MULTIESPECTRO CON VIDEO CMARA A PRUEBA DE EXPLOSIN (IZQUIERDA), DETECTOR DE LLAMA INFRARROJO BASADO EN MATRIZ VISUAL (DERECHA). ..............................................................................160 FIGURA 139.- SISTEMAS DE MONITOREO DE LLAMA DE QUEMADOR .............................161 FIGURA 140.-CONEXIONADO PROCESADOR DE SEAL................................................162 FIGURA 141.-UBICACIN DEL CABEZAL VISOR ...........................................................162 FIGURA 142.-CABEZAL VISOR SIMPLE (IZQUIERDA), CABEZAL VISOR EN FORMA DE UNIDAD CILNDRICA COMPACTA (DERECHA) ....................................................................163 FIGURA 143.-CABEZAL VISOR CON TECNOLOGA ULTRAVIOLETA (UV) .........................164 FIGURA 144.-CABEZAL VISOR CON TECNOLOGA INFRARROJA (IR) ..............................165 FIGURA 145.-CABEZAL VISOR CON TECNOLOGA INFRARROJA/ULTRAVIOLETA (IR+UV).166 FIGURA 146.-DETECTOR DE IONIZACIN C7008 HONEYWELL ....................................166 FIGURA 147.- ESCALERILLA PORTACONDUCTORES, TRAMO RECTO .............................169 FIGURA 148.- BANDEJA PORTACONDUCTORES RANURADA, TRAMO RECTO...................169 FIGURA 149.- ESQUEMA DE MONTAJE SEGREGADO DE ESCALERILLAS EN FORMA AREA. ......................................................................................................................174 FIGURA 150.- ESQUEMA DE MONTAJE DE CONDUITS EN FORMA SUBTERRNEA (KORDUCT). ......................................................................................................................174

FIGURA 151.- ESQUEMA DE MONTAJE DE ESCALERILLAS EN CANAL DE CABLES. ...........175 FIGURA 152.- SOPORTE TPICO A MURO DE ESCALERILLAS Y CONDUITS POR TERRENO .176 FIGURA 153.- SOPORTE TPICO COLGANTE DE ESCALERILLAS POR TERRENO ...............176 FIGURA 154.- SOPORTACIN TPICA CON RIELES PREFORMADOS. ...............................177 FIGURA 155.- DETALLE ACOMETIDA EN CONDUIT FLEXIBLE .........................................177 FIGURA 156.- DETALLE DE ACOMETIDA CON PRENSACABLE ........................................178 FIGURA 157.- GABINETE METLICO ..........................................................................180 FIGURA 158.- GABINETE AUTOSOPORTADO (ARMARIO) ..............................................181 FIGURA 159.- GABINETE PRESURIZADO. ...................................................................183 FIGURA 160.-EJEMPLO SIMBOLOGA LOCALIZACIN DE INSTRUMENTO .........................185 FIGURA 161.- SIGNIFICADO DE LAS LETRAS DE IDENTIFICACIN ..................................186 FIGURA 162.- IDENTIFICACIN DE LAS LNEAS DE INSTRUMENTACIN ..........................186 FIGURA 163.-SIMBOLOGA NORMA ISA.....................................................................191 FIGURA 164.-DEFINICIONES DE LETRAS EMPLEADAS EN LA IDENTIFICACIN FUNCIONAL DE UN INSTRUMENTO ............................................................................................192 FIGURA 165.-SIMBOLOGA SAMA............................................................................194 FIGURA 166.- LAZO TPICO EN NOTACIN SAMA.......................................................195 FIGURA 167.-DIAGRAMA ISA VS. SAMA, LA PRIMERA CUBRE LA ARQUITECTURA DEL LAZO, LA SEGUNDA INCLUYE LA FUNCIONALIDAD DE CONTROL DE LOS COMPONENTES. ....195 FIGURA 168.-PLOT PLAN UBICACIN DE INSTRUMENTOS ESTANQUES.......................198 FIGURA 169.-DIAGRAMA ISOMTRICO.......................................................................200 FIGURA 170.-DIAGRAMA EN BLOQUE DE CANALIZACIONES ..........................................202 FIGURA 171.-PLANO PLANTA DE CANALIZACIN INSTRUMENTAL ..................................204 FIGURA 172.-DIAGRAMA UNILINEAL TDI ...................................................................206 FIGURA 173.-DIAGRAMA DE CONEXIONADO...............................................................208 FIGURA 174.-DIAGRAMA DE LAZO DE INSTRUMENTOS ................................................210 FIGURA 175.- DIAGRAMA DE MONTAJE MECNICO Y HOOK UP DE INSTRUMENTOS .........212 FIGURA 176.-CARTA GANTT TPICA ..........................................................................214 FIGURA 177.-DIAGRAMA PERT TPICO ......................................................................216 FIGURA 178.-LISTADO DE INSTRUMENTOS ................................................................218 FIGURA 179.-LISTADO DE PUNTOS EN SISTEMA DE CONTROL ......................................220 FIGURA 180.-LISTADO DE CABLES ............................................................................221 FIGURA 181.- LISTADO DE MATERIALES DE INSTRUMENTACIN ...................................222 FIGURA 182.-ESQUEMA REPRESENTATIVO DE MATERIALIDAD .....................................269 FIGURA 183.-EJEMPLO DE INFORMACIN NORMATIVA RELATIVA A CAERAS DE USO INDUSTRIAL COMN..........................................................................................271 FIGURA 184.-BRIDA CON CUELLO PARA SOLDAR ........................................................272 FIGURA 185.-BRIDA DESLIZANTE..............................................................................273 FIGURA 186.-BRIDA CIEGA ......................................................................................274 FIGURA 187.-BRIDA SANITARIA ................................................................................274 FIGURA 188.-EMPAQUETADURAS TPICAS .................................................................275 FIGURA 189.-AISLACIN TPICA ...............................................................................276 FIGURA 190.-SECCIN TPICA DE TRACEADO ELCTRICO ...........................................277 FIGURA 191.-TRAMPA DE VAPOR MECNICA CONVENCIONAL ......................................280 FIGURA 192.-TRAMPA DE VAPOR TIPO BALDE INVERTIDO ............................................280

FIGURA 193.-TRAMPA TERMOESTTICA CONVENCIONAL TIPO FUELLE..........................281 FIGURA 194.-FITTING TPICOS DE CAERAS .............................................................282 FIGURA 195.-VLVULA DE SEGURIDAD Y ALIVIO .........................................................283 FIGURA 196.- ATRAVIESO DE CAERAS A TRAVS DE PAREDES .................................284 FIGURA 197.- MANMETRO .....................................................................................284

INDICE TABLAS

TABLA 1.- NDICE DE PROTECCIN ..............................................................................29 TABLA 2.- CLASIFICACIN NEMA...............................................................................31 TABLA 3.- TABLA COMPARATIVA IEC/CENELEC V/S NEC/CEC ..................................33 TABLA 4.- TABLA CARACTERSTICA BUSES DE CAMPO ...................................................51 TABLA 5.-UNIDADES DE MEDIDA DE CALOR ...............................................................148 TABLA 6.-RELACIN ENTRE UNIDADES PARA LA MEDICIN DE CALOR ...........................149 TABLA 7.- TABLA DE CARGAS ENTRE APOYOS ............................................................170 TABLA 8.- TABLA DE TERMINACIONES O ACABADO ......................................................170 TABLA 9.- TABLA DE DIMENSIONES TPICAS ...............................................................171 TABLA 10.- TABLA DE DIMETROS DE CONDUITS ........................................................172 TABLA 11.- TABLA DE DIMETROS DE TUBOS .............................................................172 TABLA 12.- TABLA DE DIMETROS PARA CONDUITS DE PVC .......................................173

Texto Gua de Proyecto en Automatizacin Para Estudiantes de la Especialidad

1. INTRODUCCION 1.1. Origen del temaDentro del amplio horizonte que se abre al Ingeniero recin titulado de INACAP tanto en la industria local como en el resto del pas se encuentra el rea de Ingeniera de Proyectos, rea que por sus caractersticas de encuentro entre el sector industrial con el diseo, se presenta como un gran desafo para cualquier profesional egresado tanto de INACAP como de cualquier otra institucin de educacin. En este marco queremos iniciar nuestro anlisis, pues como es sabido y sobretodo en los ltimos aos, el profesional que egresa de nuestra casa de estudios posee las herramientas necesarias para desenvolverse satisfactoriamente dentro del rea de especialidad que este elija, siendo el sector de la industria nacional quizs la mas fuerte y con mas presencia de egresados de INACAP. Sin embargo revelamos un incipiente aumento de presencia de Ingenieros en Automatizacin que estn ingresando a trabajar en empresas de ingeniera tanto del gran Concepcin como del resto de pas, lugar que mayormente han ocupado ingenieros de otras casas de estudios tradicionales de la zona. Nuestro trabajo quiere, sin ser pretenciosos, servir de apoyo para stos profesionales que estn haciendo carrera en un rea que abre sus puertas a personas con ambiciones de crecer y desarrollarse profesionalmente.

Autores: Angelo Eduardo Sez Milln & Marco Hernn Contreras Torres

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1.2. Justificacin tcnica.Como es conocido dentro de muchas profesiones y oficios existen manuales de apoyo, compendios, introducciones al trabajo, etc. Relativas adems a distintas especialidades de cada profesin. Ahora bien, haciendo un catastro de esta documentacin dentro del rea de Ingeniera Instrumental, lamentablemente, no hemos dado con algn texto relativo al trabajo de Ingeniero de Proyectos en esta rea pues la Ingeniera Instrumental se encuentra dentro de las nuevas especializaciones generadas como producto del avance de la tecnologa. Aunque existen numerosos textos especializados en reas particulares de la automatizacin, tales como las comunicaciones, configuraciones, e instrumentacin en general, no se ajustan a lo que hemos descubierto nosotros como una necesidad: una gua prctica en el desarrollo de proyectos de ingeniera en la especialidad.


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1.3. Presentacin del trabajo: conocimientos especficos de la especialidad y conocimientos de tecnologas asociadas.El informe est dividido en 4 partes: Parte1.-Introduccin, referida al origen y justificacin del tema de nuestro manual. Parte2.-Tecnologas bsicas de instrumentos y materiales, en la cual se abordan definiciones de instrumentos, Tcnicas generales de instalacin y montaje, definicin de reas peligrosas, buses de campo, conexionado, variables de proceso, tcnicas de instrumentacin asociadas, variables analticas y tecnologas de los materiales de montaje. Parte 3.-Conocimientos generales de trazado de caeras, P&ID de procesos y proyectos de instrumentacin, diagramas de proceso, normas existentes, especificaciones tcnicas (DataSheet), planos asociados a la especialidad y documentos de ingeniera. Parte 4.-Conocimientos generales, relativos a distribucin elctrica, caeras, aislacin trmica, entre otros. Todo lo anterior presentado en forma bsica y clara.


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2. TECNOLOGA BASICA DE INSTRUMENTOS Y MATERIALES. 2.1. Instrumentos: Definiciones y Presentacin.2.1.1. Sensores, Transductores, Detectores de Presencia, Indicadores / Visores y Transmisores. 2.1.1.1. SensoresLos sensores son los elementos primarios de medicin de variables del proceso, siendo algunos usados para lectura e indicacin directa y, otros, para transformar la variable medida en una seal generalmente elctrica. Los ms usados en la industria son los de velocidad, nivel, presin, temperatura, flujo, proximidad, tensin, densidad, humedad, entre otros.

2.1.1.2. TransductoresTransductor es todo dispositivo o elemento que convierte una seal de entrada en una de salida de diferente naturaleza fsica. Normalmente se desea transformar seales de las variables fsicas o qumicas que deseamos medir, en magnitudes elctricas que son las que manejamos con ms facilidad en instrumentacin. La salida del transductor es una funcin conocida de la magnitud de entrada y la relacin entre ambas (magnitud a medir y salida del transductor) puede no ser lineal, aunque se procura que lo sea para simplificar su tratamiento.

Figura 1.- Transductor de presin


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2.1.1.3. Detectores de PresenciaSon tambin llamados interruptores de proximidad. Pueden ser de diferentes tipos y tienen como factor comn que para generar seal slo requieren la proximidad fsica entre el objeto y el detector, sin necesidad de contacto mecnico entre ambos. Dentro de los detectores de presencia tenemos: Detectores ultrasnicos: stos detectores usan un transductor para enviar y recibir seales de sonido de alta frecuencia. Cuando un objeto entra al haz, el sonido es reflejado de regreso al detector, haciendo que se habilite o deshabilite el circuito de salida.

Figura 2.- Detectores ultrasnicos

Detectores inductivos: Son tiles cuando se requiere detectar, sin contacto, la presencia o movimientos funcionales de objetos metlicos, por ejemplo en mquinas herramientas, de ensamble y de procesado, robots, lneas de produccin, etc.

Figura 3.- Detectores inductivos


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Detectores capacitivos: Perciben alteraciones de un campo electrosttico en lugar de un campo magntico lo que les permite, detectar objetos no metlicos, como papel, vidrio, lquidos y telas entre otros.

Figura 4.- Detectores capacitivos

Detectores fotoelctricos: Su funcionamiento est basado en la generacin de un haz luminoso por parte de un fotoemisor, que se proyecta sobre un fotorreceptor o sobre un dispositivo reflectante. La interrupcin o reflexin del haz por un objeto provoca el cambio de estado de la salida. Se clasifican segn su sistema de deteccin en: sistema de deteccin de barrera, sistema de deteccin rflex y sistema de deteccin autorflex.

Figura 5.- Detectores fotoelctricos


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Sistema de deteccin de barrera: Existe un receptor y un emisor apuntados uno al otro. Este mtodo tiene el ms alto rango de deteccin (hasta unos 60 metros).

Figura 6.- Sistema de deteccin de barrera

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Sistema de deteccin rflex: La luz es reflejada por un reflector especial cuya particularidad es que devuelve la luz en el mismo ngulo que la recibe (9m de alcance).

Figura 7.- Sistema de deteccin rflex

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Sistema de deteccin autoreflex: Son prcticamente iguales a los del tipo anterior, excepto que, el emisor tiene un lente que polariza la luz en un sentido y el receptor con polarizacin de 90 del primero. Con esto, el control no responde a objetos muy brillosos que pueden reflejar la seal emitida.

Figura 8.- Sistema de deteccin autoreflex


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2.1.1.4. Indicadores / VisoresLos indicadores son instrumentos que disponen de un ndice, de un despliegue electrnico o de una escala graduada, que muestra el valor real de la variable medida. Pueden exhibir un valor o generar una seal visible y/o acstica como alarma o sealizacin.

Figura 9.- Indicadores

2.1.1.5. TransmisoresUn transmisor es un instrumento que percibe la variable de proceso a travs del elemento primario, y la transmite a algn lugar remoto. Estos transmiten las variables de proceso en forma de seales proporcionales a esas variables, en un rango de salida estandarizado. Existen diferentes tipos de transmisores, como: Transmisores neumticos: Generan una seal de presin de aire variable linealmente de 3 a 15 psi para el campo de medida de 0 a 100% de la variable. Transmisores electrnicos anlogos: Generan una seal continuamente variable de 4 a 20 mA u otro rango estndar. As cualquier seal captada se podr transmitir en forma de seal elctrica estableciendo una relacin, 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 salida distinta de cero permite detectar cortes de lnea.


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Transmisores electrnicos digitales: Tambin llamados transmisores inteligentes. Generan una seal digital de salida, codificada en un protocolo de comunicacin serial. La principal ventaja de este tipo de transmisor es la posibilidad de introducir en la seal de salida funciones de informacin adicionales a la sola medida de la variable, como identificacin, rango de calibracin, estado de mantencin, alarma, etc.

Figura 10.- Transmisores

2.1.2. Instrumentos Anlogos y Digitales. Los instrumentos anlogos: Los instrumentos anlogos generan seales que representan a distintas variables como: nivel, temperatura, presin, flujo entre otras, convirtiendo esas seales bsicas, tpicamente, en un valor de corriente de variacin continua en el rango de 4 a 20 mA. Otras opciones de rango de seales anlogas, pero cada vez menos usadas, son 0 a 20 mA, 0 a 5 V y -10 a +10 V entre otras. La instrumentacin electrnica anloga surgi como una evolucin lgica de la instrumentacin neumtica y opera, preferentemente, sobre un valor de corriente para lograr mayor inmunidad al ruido.


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Figura 11.-Esquema transmisin anloga

Los instrumentos digitales: Los instrumentos digitales comnmente conocidos como instrumentos inteligentes, contienen un microprocesador, lo que presenta ventajas como mayor precisin al compensar mediante clculos las no linealidades y la disponibilidad de informacin adicional, como rango de calibracin, fecha de mantenimiento , TAG, y otras. Para su uso surgen diversos protocolos de comunicacin y buses de campo para comunicacin digital, nuevo concepto agregado a la instrumentacin digital, como los Protocolos Hart, Fieldbus Foundation y Profibus, entre los ms conocidos. La instrumentacin digital posee muchas ventajas, entre las cuales podemos mencionar: Reduce costos de cableado de instalacin. Facilita el retiro o la inclusin de instrumentos. Permite instalar y controlar de un modo ms sencillo los dispositivos de campo. Comunicaciones redundantes en distintas topologas. Posibilidad de proporcionar ms de una medicin o una variable.

Figura 12.- Esquema transmisin anloga


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2.1.3. Instrumentos Analticos.La instrumentacin analtica es una rama de la instrumentacin industrial cuyo objetivo es medir variables distintas de las mecnicas (nivel, presin, caudal, velocidad) y de la temperatura. Entre las variables llamadas analticas tenemos: pH, Conductividad, Oxigeno disuelto y humedad relativa entre otras. La instrumentacin analtica tiene fines similares a la qumica analtica: el estudio de la composicin de un material o muestra, para lo que utiliza diversos mtodos, que son los llamados mtodos analticos. Entre los mtodos analticos estn: Mtodos electroqumicos: Medicin de pH Medicin de humedad relativa Deteccin y medicin de concentracin de gases. Mtodos fisicoqumicos instrumentales: (se basan en interacciones fsicas) o

Mtodos espectromtricos: Refractometra. Mtodos electroanalticos: Potenciometra, Conductividad (Conductimetra), Tcnicas voltamtricas, Electrogravimetra y Culombimetra. Mtodos cromatogrficos: Cromatografa.


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Figura 13.- Instrumentacin analtica para medicin de pH


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2.1.4. Vlvulas, Actuadores, Posicionadores, Detectores de Posicin y Vlvulas a Solenoide. 2.1.4.1. Vlvulas. 1La vlvula es el elemento final de control ms comn y hay varios tipos de vlvulas orientada a diversas funciones de control de procesos, como: Aislamiento Regulacin Contraflujo o retencin Seguridad

Los tipos de vlvulas ms comunes, segn su funcin, son:

2.1.4.1.1 Vlvulas de aislamiento: Son las que bloquean un sistema, o parte de l, cuando el proceso lo requiere. Su diseo las hace especialmente aptas para producir un cierre total. Las vlvulas ms caractersticas de este tipo son las de compuerta, o gate valves. Vlvulas de compuerta: Ha sido la ms utilizada para ste fin. Por sus caractersticas, estas vlvulas deben estar en posicin completamente abierta o cerrada. El orificio para paso del fluido, es prcticamente igual a la seccin de la tubera; por ello, la perdida de carga es muy reducida. El precedente de las vlvulas de compuerta son las vlvulas de tajadera o cuchilla, tambin llamadas de guillotina, que suelen ser utilizadas en abastecimientos de agua.

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NA.- La informacin perteneciente a este captulo fue obtenida de los libros:

-Zappe, R.W.; Valve Selection Handbook, Volumen I, 4ta Edicin, Gulf Professional Publishing, USA, Houston TX, 1999, pginas 130 a la 148. -Greene, Richard W.; Vlvulas: Seleccin, uso y mantenimiento, Volumen I, 3ra Edicin, Mc Graw-Hill, Argentina, Buenos Aires, 2000, pginas 15 a la 22.


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Figura 14.- Vlvula de compuerta

2.1.4.1.2 Vlvulas de aislamiento y/o regulacin: Son vlvulas que pueden ser usadas para ambos fines, si bien tienen mayor empleo como aislamiento. Vlvula de macho: La vlvula de macho, de cono o plug valve tiene como caracterstica que el flujo por la vlvula es suave e ininterrumpido, hay poca turbulencia dentro de ella y, por tanto, genera una cada de presin relativamente baja. Las ventajas principales de las vlvulas de macho son accin de un de giro, y posibilidad de cierre hermtico, especialmente cuando tienen obturador cnico.

Figura 15.- Vlvula de macho


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Vlvula de bola: La vlvula de bola tiene un obturador esfrico, se utilizan para lquidos viscosos y pastas aguadas.

Figura 16.- Vlvula de bola

Vlvula de mariposa: Su uso principal es en el manejo de grandes volmenes de gases y lquidos a baja presin. Su diseo de disco abierto, rectilneo, evita cualquier acumulacin de slidos; la cada de presin es muy pequea.

Figura 17.- Vlvula de mariposa

2.1.4.1.3 Vlvulas de regulacin: Son vlvulas diseadas especialmente, para no estar totalmente abiertas, o totalmente cerradas. Generan una mayor prdida de carga que las dems contempladas hasta ahora.


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Vlvulas de globo o de asiento: Son para uso en control y regulacin. Cierre positivo. El asiento suele estar paralelo con el sentido del flujo; produce resistencia y cada de presin relativamente considerables.

Figura 18.- Vlvula de globo o de asiento

Vlvulas de aguja: Estas vlvulas son, bsicamente, vlvulas de globo que tiene un obturador cnico similar a una aguja, que ajusta con precisin en un asiento. Se puede tener estrangulacin exacta de volmenes pequeos por el orificio formado entre el macho cnico y el asiento cnico; su posicin se puede variar a intervalos pequeos y precisos.

Figura 19.- Vlvula de aguja


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Vlvulas en Y: Las vlvulas en Y son vlvulas de globo que permiten el paso rectilneo y sin obstruccin, igual que las vlvulas de compuerta. La ventaja, es una menor cada de presin en esta vlvula que en la de globo convencional.

Figura 20.- Vlvula en Y

Vlvulas de ngulo: Son, en esencia, iguales que las vlvulas de globo. La diferencia principal es que el flujo del fluido en la vlvula de ngulo hace un giro de 900.

Figura 21.- Vlvula de ngulo


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2.1.4.1.4 Vlvulas de contraflujo o retencin: Por muchas razones puede ser necesario impedir el flujo en direccin contraria a la prevista en un sistema; para casos as existe la vlvula de contraflujo o de retencin (check valve), la cual presenta diversos diseos, como los siguientes: Vlvula de disco: Consta de un disco oscilante, que se levanta por efecto de la presin del fluido en el extremo de aguas arriba, quedando en posicin abierta mientras hay presin. Al desaparecer el empuje, el disco cae y se produce el cierre. Una variante de ste tipo de vlvulas es la vlvula de disco equilibrado.

Figura 22.- Vlvula de disco

Vlvula de retencin por disco partido: Es un aro metlico estrecho, que contiene un eje o pasador central, en el que se alojan unos resortes y dos semidiscos que pivotan sobre ese eje, por efecto del sentido del flujo. Cualquier intento de reversin del sentido del flujo, har que los discos se cierren antes de que eso ocurra; la accin rpida genera golpes de ariete.

Figura 23.- Vlvula de retencin por disco partido


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Vlvula de retencin a bola o pistn: Como alternativa a la vlvula de disco, pero en menores dimensiones, existen las vlvulas de retencin de bola, o pistn, que se desplazan verticalmente, por gravedad, o ayudada por un muelle.

Figura 24.- Vlvula de retencin a bola o pistn

2.1.4.1.5 Vlvulas de seguridad: Tienen el exclusivo propsito de proteger equipos y/o lneas, eliminando el exceso de presin. Debe estar en posicin cerrada permanentemente. Dispone de un muelle de tensin calibrada que cede al producirse una presin superior a la de ajuste.

Figura 25.- Vlvulas de seguridad


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2.1.4.1.6 Vlvula de diafragma: Son vlvulas que tambin son denominadas packless, es decir, sin empaquetadura, este tipo de vlvulas son empleadas en lneas con lquidos, o gases corrosivos, tambin se utilizan en lneas de vaco, tambin son conocidas como vlvulas de patente Saunders.

Figura 26.- Vlvula de diafragma

2.1.4.1.7 Vlvula tipo PINCH: Tambin conocidas como vlvulas de pellizco. La estanqueidad se consigue mediante la estrangulacin de un tubo flexible llamado 'sleeve', el cual es el nico componente en contacto con el medio. Idneas en servicios de lquidos pastosos y con partculas slidas en suspensin, evita el contacto con los mecanismos de la vlvula y cualquier tipo contaminacin hacia o desde el exterior. Generalmente la vlvula pinch est limitada a trabajar a bajas presiones.

Figura 27.- Vlvula tipo PINCH


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2.1.4.2. ActuadoresLos actuadores son los elementos motores de las vlvulas. Los fabricantes actualmente proveen una serie de actuadores como: motores elctricos, actuadores operados con diafragma y resorte, actuadores operados por pistn de accin simple o doble y actuadores de solenoide, todos ellos factible de comandar desde una ubicacin remota. Los actuadores ms importantes son: 2.1.4.2.1 Actuadores Elctricos: Son usados en la industria y en aplicaciones comerciales para posicionar vlvulas de movimiento lineal o rotacional. Su componente principal es un motor elctrico o un solenoide.

Figura 28.- Actuadores Elctricos

2.1.4.2.2 Actuadores Neumticos: Operan por presin neumtica mediante un diafragma o pistn para convertir seales de control en movimientos mecnicos, lineales o rotatorios.

Figura 29.- Actuadores Neumticos


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2.1.4.2.3 Actuadores Hidrulicos: Los actuadores hidrulicos operan en forma similar a los neumticos, pero con una mayor fuerza de accin, para ser usados en compuertas, gras, elevadores y otras aplicaciones que lo requieran.

Figura 30.- Actuadores Hidrulicos

2.1.4.3. Posicionadores. 2Los posicionadores aseguran una relacin preestablecida entre la posicin de la vlvula y la seal de control. Comparan la seal de mando procedente de un dispositivo de automatizacin neumtico o elctrico (regulador, estacin de mando, estacin reguladora de proceso) con la posicin actual y generan una magnitud de salida que produzca una posicin de la vlvula exactamente correspondiente a lo comandado.

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La informacin perteneciente a este captulo fue obtenida de la pgina Web:

- Samson soluciones integrales en vlvulas de control, http://www.samson.de/pdf_in/_sste_b3.htm , 15 de Noviembre, 2009, 22:00 Hrs.


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De acuerdo a las seales de entrada y los componentes, los posicionadores se clasifican en tres grandes tipos: 2.1.4.3.1 Posicionadores Neumticos (presin/presin): Utilizan seales de entrada de presiones normalizadas (normalmente 3-15 psig o 0,2-1 bar), no son de construccin sencilla ni de fcil mantencin. Como se trata de equipos que para su funcionamiento usan los principios de "equilibro de fuerzas" y "equilibrio de movimientos", su calibracin puede complicar a los instrumentistas, ya que los ajustes pueden tomar mucho tiempo.

Figura 31.- Posicionador Neumtico Tipo 3766

2.1.4.3.2 Posicionadores Electroneumticos (corriente/presin): En estos posicionadores, la seal de entrada es una seal de corriente normalizada (4-20 mA o 1-5 mA), la cual llega a un mdulo transductor que convierte esa seal elctrica en una seal de presin, que es la que posteriormente va al actuador. Muchos fabricantes anexaron a sus posicionadores neumticos un transductor I/P para transformarlos en electroneumticos.

Figura 32.- Posicionadores Electroneumticos (corriente/presin)


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2.1.4.3.3 Posicionadores Digitales: Con la introduccin de los microprocesadores a la instrumentacin de campo, comenzaron a aparecer los posicionadores digitales o "inteligentes", los cuales son una versin mejorada del posicionador electroneumtico, ya que la seal de entrada es transmitida bajo un protocolo de comunicacin industrial (Fieldbus Foundation, HART, Profibus). El uso de microprocesadores integra al posicionador herramientas de diagnstico, alarmas, informacin del lazo y el instrumento, lgicas de control (Control PID), registros, etc.

Figura 33.- Posicionadores Digitales

2.1.4.4. Detectores de LmiteSuelen denominarse interruptores de fin de carrera (Limit Switches) y operan por medios inductivos, elctricos o neumticos, para generar una seal on/off cuando el vstago de la vlvula alcanza o sobrepasa la posicin que interesa detectar. Principalmente se clasifican segn el tipo de montaje, entre los cuales podemos nombrar: para montaje a accionamientos axiales, lineales y para accionamientos rotativos del vstago de la vlvula.


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Figura 34.-Detectores de posicin

2.1.4.5. Vlvulas a Solenoide. 3En muchas aplicaciones es necesario controlar en modo on/off el paso de gases o lquidos y, en estos casos, las vlvulas accionadas por solenoides permiten facilitar la automatizacin del proceso al ser accionadas elctricamente. Al aplicar tensin a un solenoide (conductor en forma de bobina ubicado alrededor de un mbolo), la corriente resultante genera un campo magntico que atrae al mbolo mvil. Por lo general estas vlvulas operan de forma completamente abierta o completamente cerrada, aunque existen aplicaciones en las que se controla el flujo en forma lineal. Al desenergizar el solenoide, el mbolo vuelve a su posicin por efecto de la gravedad, un resorte o por presin del fluido a controlar. Las vlvulas solenoide se clasifican en los siguientes tipos: 2.1.4.5.1 Vlvulas a solenoide de accin directa: En este tipo de vlvulas, el mbolo mvil controla directamente el flujo que la vlvula maneja. Las vlvulas de accin directa se limitan a aplicaciones en las que se trabaja con diferencias de presiones y caudales pequeos. Para grandes flujos y presiones se utilizan vlvulas de solenoide operadas por piloto.

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NA.- La informacin perteneciente a este captulo fue obtenida de las pginas Web:

- Emerson Climate Technologies, http://www.emersonclimatemexico.com/home.html , 12 de Diciembre, 2009, 18:00 Hrs. - Emerson Climate Technologies, http://emersonclimatemexico.com/mt/ , 14 de Diciembre, 2009, 21:00 Hrs.


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Figura 35.- Vlvulas a solenoide de accin directa

2.1.4.5.2 Vlvulas a solenoide operada por piloto: Las vlvulas de solenoide operadas por piloto se basan en la interaccin de la bobina solenoide y la presin de la lnea o tubera. En este tipo de vlvulas, el mbolo est unido a un vstago de aguja, que a su vez cubre un orificio piloto en lugar del puerto principal. Cuando la bobina es energizada, el mbolo es atrado hacia el centro de la bobina, abriendo el orificio piloto creando as un desbalance de presin a travs del pistn o diafragma, forzndolo a subir y produciendo la apertura del puerto principal.

Figura 36.- Vlvulas a solenoide operada por piloto


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2.1.4.5.3 Vlvulas a solenoide de dos vas: La vlvula de dos vas es el tipo de vlvula solenoide ms comn, ya que posee una conexin de entrada y una de salida, controlando el flujo del fluido en una sola lnea.

Figura 37.- Vlvulas a solenoide de dos vas

2.1.4.5.4 Vlvulas a solenoide de tres vas: Las vlvulas de tres vas tienen una conexin de entrada que es comn a dos conexiones de salida distintas. Las vlvulas de tres vas son, bsicamente, una combinacin de la vlvula de dos vas normalmente cerrada y de la vlvula de dos vas normalmente abierta, en un solo cuerpo y con una sola bobina.

Figura 38.- Vlvulas a solenoide de tres vas


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2.1.4.5.5 Vlvulas solenoide de cuatro vas: Estas vlvulas solenoide son conocidas comnmente como vlvulas reversibles, poseen una entrada y tres salidas.

Figura 39.- Vlvulas solenoide de cuatro vas


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2.2. Tcnicas Generales de Instalacin y Montaje.2.2.1. Proteccin del Ambiente: Clasificacin IP y NEMA.Los equipos de automatizacin como transmisores, sensores, etc. Deben contar con especificaciones mecnicas adecuadas a su aplicacin y lugar de trabajo. A continuacin se explican brevemente los significados de algunos de los estndares aplicables para este fin.

IP. (Ingress protection) El sistema de clasificacin IP proporciona un medio de clasificar el grado de proteccin al ingreso de slidos y lquidos que un equipo o gabinete presenta. El sistema es reconocido en la mayora de los pases y est incluido en varios estndares, incluyendo el IEC 60529. Los nmeros IP son frecuentemente indicados en gabinetes, conectores, etc. El tercer dgito, referente a la proteccin contra impactos mecnicos normalmente es omitido.

Tabla 1.- ndice de proteccin Primer Nmero Proteccin contra slidos 0 1 Sin Proteccin Protegido contra objetos slidos de ms de 50mm Protegido contra objetos slidos de ms de 12mm Segundo Nmero Proteccin contra lquidos Sin Proteccin Tercer Nmero Proteccin contra impactos mecnicos Sin Proteccin

Protegido contra gotas de Protegido contra impactos agua que caigan de 0.225 joules verticalmente Protegido contra rocos directos a hasta 15 de la vertical Protegido contra impactos de 0.375 joules Protegido contra impactos de 0.5 joules Protegido contra impactos de 2.0 joules

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3

Protegido contra objetos Protegido contra rocos slidos de ms de 2.5mm directos a hasta 60 de la vertical Protegido contra objetos slidos de ms de 1mm Protegido contra rocos directos de todas las direcciones - entrada limitada permitida

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Texto Gua de Proyecto en Automatizacin Para Estudiantes de la Especialidad Protegido contra polvo Protegido contra chorros Protegido contra impactos entrada limitada permitida de agua a baja presin de de 6.0 joules todas las direcciones entrada limitada permitida Totalmente protegido contra polvo Protegido contra fuertes Protegido contra impactos chorros de agua de todas de 20.0 joules las direcciones - entrada limitada permitida Protegido contra los efectos de la inmersin de 15cm - 1m Protegido contra largos periodos de inmersin bajo presin

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NEMA. (National Electrical Manufacturers Association) Este es un conjunto de estndares creados por la Asociacin Nacional de Fabricantes Elctricos (USA) y comprende los grados NEMA 1,2 3,3R, 3S, 4, 4X, y 5 al 13. Las designaciones ms comnmente encontradas en las especificaciones de equipos son las siguientes: NEMA 4. Sellado contra el agua y polvo. Los gabinetes tipo 4 estn diseados especialmente para su uso en interiores y exteriores, protegiendo el equipo contra salpicaduras de agua, filtraciones de agua, agua que caiga sobre ellos y condensacin externa severa. Son resistentes al granizo pero no a prueba de granizo (hielo). NEMA 4X. Sellado contra agua y resistente a la corrosin. Los gabinetes tipo 4X tienen las mismas caractersticas que los tipo 4, adems de ser resistentes a la corrosin. NEMA 12. Uso industrial. Un gabinete diseado para usarse en industrias en las que se desea excluir materiales tales como polvo, pelusa, fibras y filtraciones de aceite o lquido enfriador.


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El resto de los tipos de NEMA pueden denominarse a grandes rasgos:Tabla 2.- Clasificacin NEMA Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3 Tipo 3R Tipo 3S Tipo 5 Tipo 6 Tipo 6P Tipo 7 (A, B, C o D)* Tipo 8 (A, B, C o D)* Tipo 9 (E, F o G)* Tipo 10 Tipo 11 Tipo 13 Para propsitos generales A prueba de goteos Resistente al clima Sellado contra la lluvia Sellado contra lluvia, granizo y polvo Sellado contra polvo Sumergible Contra entrada de agua durante sumersiones prolongadas a una profundidad limitada Locales peligrosos, Clase I - Equipo cuyas interrupciones ocurren en el aire. Locales peligrosos, Clase I - Aparatos sumergidos en aceite. Locales peligrosos, Clase II U.S. Bureau of Mines - a prueba de explosiones (para minas de carbn con gases) Resistente al Acido o a gases corrosivos - sumergido en aceite A prueba de polvo4

_________________________________________________________________________ 4 NA.- Las letras que siguen al nmero indican el grupo o grupos particulares de locales peligrosos para los que se dise el gabinete o equipo en cuestin, segn se definen en el National Electrical Code. La designacin de este tipo de NEMA est incompleta sin una o varias letras de sufijo.


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2.2.2. Clasificacin de reas de Riesgo Elctrico. 5La clasificacin de reas es un mtodo de anlisis que se aplica al medio ambiente donde pueden existir gases, nieblas o vapores inflamables, fibras o polvos, con el fin de establecer las precauciones especiales que se deben considerar para la instalacin y uso de materiales y equipos elctricos en un ambiente dado. La mayora de los procesos industriales del mbito petroqumico y muchos de otra naturaleza presentan algn grado de potencialidad de inflamacin, deflagracin o explosin. Ello amerita que las instalaciones posean sistemas de instrumentacin de caractersticas especiales que garanticen la seguridad de las personas y los equipos, por lo que es habitual que las reas de trabajo en esta industria se clasifiquen en relacin a los riesgos derivados de las atmsferas presentes en ellas. Esta clasificacin facilita criterios para seleccionar el instrumento adecuado para operar de forma segura en un rea especfica. A continuacin, identificaremos los diferentes tipos de rea y las consideraciones tomadas para su clasificacin. Categoras Las reas de proceso donde pueden existir atmsferas con gases o vapores inflamables, se clasifican segn los siguientes parmetros: La Clase de rea considera la naturaleza del producto que en ella escapa o puede escapar a la atmsfera La Divisin se refiere a la frecuencia y extensin con que las sustancias inflamables estarn presentes. El Grupo define las propiedades qumicas del producto inflamable liberado a la atmsfera y, por lo tanto, la facilidad con la que este tiende a inflamarse. _________________________________________________________________________5

NA.- La informacin perteneciente a este captulo fue obtenida de:

-Nacional Electrical Code, Handbook, Volumen I, 10 a Edicin, Enero, 2005, USA, pginas 651 a la 655. - Appleton catalog products, EGS electrical group, Mater catalog 006, Volumen I, 1a Edicion, Enero, 2005, USA, pginas F1 a la F3.


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Evidentemente, para definir o etiquetar un rea dentro de su Clase, Divisin y Grupo, debe contarse con toda la informacin bsica acerca de la lista de productos que se manejan incluyendo sus caractersticas fisicoqumicas tales como: puntos de inflamacin y ebullicin.

2.2.2.1. Definicin reas, clasificaciones EE.UU, CE.La clasificacin de reas de riesgo no es igual en EE.UU que en la Comunidad Europea, que son los dos mayores mercados y fuentes de influencia en el mbito tcnico nacional. Por lo tanto, es til conocer ambos sistemas y la relacin entre ellos. CENELEC. Corresponde al comit europeo de normalizacin electrotcnica, y es el responsable de la estandarizacin europea en el rea de la ingeniera elctrica y forma parte del sistema europeo de normalizacin tcnica.

Tabla 3.- Tabla comparativa IEC/CENELEC v/s NEC/CEC


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2.2.2.1.1.Clase I.

Clasificacin de reas Por CLASE

Se consideran como clase I, aquellos lugares donde hay o puede haber gases o vapores en cantidad suficiente para producir mezclas inflamables. A su vez, las reas peligrosas pertenecientes a la clase I se clasifican en zonas segn la frecuencia de aparicin y el tiempo de permanencia de una atmsfera explosiva. Clase I / Zona 0. Se denomina zona 0 a toda rea en la cual una atmsfera explosiva est presente en forma continua o durante largos perodos. Clase I / Zona 1. La zona 1 es aquella en la que es probable que exista una atmsfera explosiva en operacin normal. Clase I / Zona 2. La zona 2 comprende a aquellas reas en las que es muy baja la probabilidad de que se produzca una atmsfera explosiva en operacin normal y si esto ocurre, slo se producir durante un corto perodo de tiempo. Clase II. Las reas clasificadas como clase II son aquellas en las que estn presentes productos como: Polvos orgnicos, carbn o metales flamables. Clase III. En esta clasificacin figuran las reas en las que se encuentran presentes Materiales fibrosos inflamables.


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2.2.2.1.2.

Clasificacin de reas Por DIVISION.

La divisin indica el nivel de riesgo presente en el rea a clasificar. Cuando se evala la divisin, es necesario tomar en cuenta la frecuencia de escape y el nivel de ventilacin del rea bajo estudio. En esta clasificacin consideraremos dos divisiones: Divisin 1. En esta divisin se encuentran aquellas reas donde bajo condiciones normales de operacin o debido a labores frecuentes de

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