4.2: Notación estándar del diagrama de tuberías e instrumentación

Autores: Halley Crast, Andrew Laskowski, Maurice Telesford, Emily Yatc

Por: Stephanus Oscar, Kaitlin Harrington, Suhendra Lie

Introducción

Los diagramas de tuberías e instrumentación (P&ID) utilizan símbolos específicos para mostrar la conectividad de equipos, sensores y válvulas en un sistema de control. Estos símbolos pueden representar actuadores, sensores y controladores y pueden ser evidentes en la mayoría, si no en todos, los diagramas del sistema. Los P&ID proporcionan más detalles que un diagrama de flujo del proceso con la excepción de los parámetros, es decir, temperatura, presión y valores de flujo. “Los equipos de proceso, válvulas, instrumentos y tuberías se etiquetan con códigos de identificación únicos, se configuran de acuerdo a su tamaño, contenido de fluido material, método de conexión (atornillado, bridado, etc.) y el estado (Válvulas - Normalmente Cerradas, Normalmente Abiertas) . “[1] Estos dos diagramas se pueden utilizar para conectar los parámetros con el sistema de control para desarrollar un proceso de trabajo completo. La notación estándar, que varía de letras a figuras, es importante que los ingenieros entiendan porque es un lenguaje común utilizado para discutir plantas en el mundo industrial.

Los P&ID se pueden crear a mano o por computadora. Los programas comunes, tanto para PC como para Mac, que crean P&ID incluyen Microsoft Visio (PC) y OmniGrafle (Mac). Al igual que con otros P&ID, estos programas no muestran el tamaño real y la posición del equipo, sensores y válvulas, sino que proporcionan unas posiciones relativas. Estos programas son beneficiosos para producir P&ID limpios y limpios que se pueden almacenar y ver electrónicamente. Consulte a continuación las plantillas de P&ID para estos programas.

Esta sección abarca cuatro tipos principales de nomenclatura. En la primera sección se describe el uso de líneas para describir la conectividad de procesos. En la segunda sección se describen las letras utilizadas para identificar los dispositivos de control en un proceso. En la tercera sección se describen los actuadores, que son dispositivos que controlan directamente el proceso. En la sección final se describen los sensores/transmisores que miden parámetros en un sistema.

Símbolos de línea

Los símbolos de línea se utilizan para describir la conectividad entre diferentes unidades en un sistema controlado. En la tabla se describen las líneas más comunes.

Tabla 1: Símbolos de línea

En el Cuadro 1, el “proceso principal” se refiere a una tubería que lleva un químico. “Aislado” es sencillo, mostrando que la tubería tiene aislamiento. “Trace heated” muestra que la tubería tiene cableado envuelto alrededor de ella para mantener el contenido calentado. “Retrasado” indica en un P&ID que la tubería está envuelta en una envoltura de tela o fibra de vidrio como alternativa a la pintura para mejorar la apariencia de la tubería ver aquí para más información. La última columna del Cuadro 1 muestra tuberías que son controladas por un controlador. “Impulso eléctrico” muestra que la manera en que la información es enviada desde el controlador a la tubería es por una señal eléctrica, mientras que “impulso neumático” indica información enviada por un gas.

Además de los símbolos de línea, también hay etiquetas de línea que son códigos cortos que transmiten más propiedades de esa línea. Estos códigos cortos consisten en: diámetro de tubería, servicio, material y aislamiento. El diámetro de la tubería se presenta en pulgadas. El servicio es lo que se lleva en la tubería, y suele ser el componente principal en el arroyo. El material te dice de qué está hecha esa sección de tubería. Ejemplos son CS para acero al carbono o SS para acero inoxidable. Finalmente una 'Y' designa una línea con aislamiento y una 'N' designa una sin ella. Ejemplos de códigos cortos de línea en un P&ID se encuentran a continuación en la Figura A.

Figura A: Etiquetas Adhesivas de Línea

Esto es útil para brindarle información más práctica sobre un segmento de tubería dado.

Por ejemplo en la corriente 39 de la Figura A, la tubería tiene un diámetro de 4", sirve/lleva el químico denotado 'N', está hecha de acero al carbono, y no tiene aislamiento.

Cartas de identificación

Las siguientes letras se utilizan para describir los dispositivos de control involucrados en un proceso. Cada dispositivo está etiquetado con dos letras. La primera letra describe el parámetro que el dispositivo está destinado a controlar. La segunda letra describe el tipo de dispositivo de control.

Tabla 2: Primera carta de identificación

Cuadro 3: Segunda Carta de Identificación

Por ejemplo, el símbolo “PI”, es un “indicador de presión”.

Símbolos de válvula

Los siguientes símbolos se utilizan para representar válvulas y actuadores de válvulas en un proceso de ingeniería química. Los actuadores son los mecanismos que activan los equipos de control de procesos.

Tabla 4: Símbolos de Válvula

Tabla 5: Símbolos del Actuador de Válvula

Símbolos generales de instrumentos o funciones

Los instrumentos pueden tener diversas ubicaciones, accesibilidades y funcionalidades en el campo para ciertos procesos. Es importante describirlo claramente en un P&ID. A continuación se muestra una tabla de estos símbolos comúnmente utilizados en P&ID.

Los instrumentos discretos son instrumentos separados o separados de otros instrumentos en un proceso. Pantalla compartida, instrumentos de control compartidos comparten funciones con otros instrumentos. Los instrumentos que son controlados por computadoras se encuentran bajo la categoría de “función informática”. Los instrumentos que computan, retransmiten o convierten información a partir de datos recopilados de otros instrumentos están bajo la sección “Control lógico programable”.

Por ejemplo, un instrumento discreto para un determinado proceso mide el flujo a través de una tubería. El instrumento discreto, un transmisor de flujo, transmite el flujo a un instrumento de control compartido de pantalla compartida que indica el flujo al operador. Un instrumento de función de computadora indicaría a la válvula que se cierre o se abra dependiendo del flujo. Un instrumento bajo la categoría “Control lógico programable” controlaría la válvula en campo si estuviera controlada neumáticamente, por ejemplo. El instrumento recopilaría información de instrumentos discretos que midieran la posición del actuador en la válvula, y luego ajustaría la válvula en consecuencia.

En la tabla anterior, es necesario conocer dónde se encuentra el instrumento y su función para poder dibujarlo correctamente en un P&ID. Un instrumento primario es un instrumento que funciona por sí mismo y no depende de otro instrumento. Un instrumento montado en el campo es un instrumento que está físicamente en el campo, o la planta. Los instrumentos montados en el campo no son accesibles para un operador en una sala de control. Un instrumento auxiliar es un instrumento que ayuda a otro instrumento primario o auxiliar. Los instrumentos primarios y auxiliares son accesibles para los operadores en una sala de control.

Símbolos de Transmisor

Los transmisores juegan un papel importante en las P&ID al permitir que los objetivos de control se logren en un proceso. Los siguientes son símbolos de uso común para representar transmisores.

A continuación se presentan tres ejemplos de transmisores de flujo. El primero es usar un medidor de orificio, el segundo está usando un medidor de turbina y el tercero está usando un tipo de medidor indefinido.

Tabla 6: Símbolos del transmisor

La ubicación del transmisor depende de la aplicación. El transmisor de nivel en un tanque de almacenamiento es un buen ejemplo. Por ejemplo, si una empresa está interesada en cuando un tanque está lleno, sería importante que el transmisor de nivel se colocara en la parte superior del tanque en lugar de en la mitad. Si el transmisor estaba fuera de lugar en el medio porque se malinterpretó un P&ID, entonces el tanque no se llenaría correctamente. Si es necesario que el transmisor esté en una ubicación específica, entonces se etiquetará claramente.

Símbolos Diversos

Los siguientes símbolos se utilizan para representar otras piezas misceláneas de proceso y equipos de tuberías.

Tabla 7: Equipo de proceso

Tabla 8: Racores de Línea

Tabla 9: Soportes para Tuberías

Elaboración de un P&ID

Para simplificar en gran medida los diagramas de P&ID para los fines de esta clase, se debe emplear una convención estándar. Esta convención simplifica los muchos dispositivos de control que necesitan ser utilizados. En aras de la brevedad, los sensores, transmisores, indicadores y controladores serán etiquetados en un P&ID como controlador. El tipo de controlador especificado (es decir, temperatura o nivel) dependerá de la variable que se desee controlar y no de la acción necesaria para controlarlo.

Por ejemplo, considere si se debe controlar la temperatura del fluido que sale de un intercambiador de calor cambiando el caudal del agua de refrigeración. La variable real a controlar en este caso es la temperatura, y la acción tomada para controlar esta variable es cambiar un caudal. En este caso, se representará esquemáticamente un controlador de temperatura en el P&ID, no un controlador de flujo. Agregar este controlador de temperatura al P&ID también supone que hay un sensor de temperatura, transmisor e indicador también incluidos en el proceso.

Como puede ver en el P&ID anterior, estos controladores se representan como círculos. Además, cada controlador se define por lo que controla, que se enumera dentro de los cuadros de flecha junto a cada controlador. Esto simplifica el P&ID al permitir a todos la capacidad de interpretar lo que afecta cada controlador. Dichos P&ID se pueden construir en Microsoft Office Visio.

Diagrama de muestra

A continuación se muestra un diagrama de P&ID de muestra que realmente se usa en una aplicación industrial. Claramente es más complicado que lo que se ha detallado anteriormente, sin embargo, los símbolos utilizados a lo largo siguen siendo los mismos.

Tabla 10: Diagrama de P&ID de muestra

Ejemplo 1

Describa el siguiente proceso controlado en palabras:

Respuesta: Los reactivos entran en un CSTR encamisado donde se produce una reacción y salen los productos. El reactor se enfría a través de una corriente de agua refrigerante. La temperatura dentro de la vasija del reactor se monitorea con un controlador de temperatura (también está contenido en el controlador un sensor, indicador y transmisor), que controla eléctricamente una válvula. La válvula puede alterar el caudal de la corriente de agua refrigerante, controlando así la temperatura dentro del reactor. También está presente un controlador de presión que retroalimenta a una válvula de entrada. Por lo tanto, podemos deducir que esta reacción es muy probable en fase gaseosa y si el CSTR se llena demasiado (alta presión) la válvula de entrada se cerrará.

Ejemplo 2

Dibuje un diagrama de P&ID adecuado del siguiente proceso:

Un tanque de almacenamiento se llena con productos condensados formados a través del CSTR en el Ejemplo 1. El tanque contiene un controlador de nivel en un punto establecido en la parte superior del tanque. Si este tanque se llenara, los materiales se obstruirían en el reactor. Por lo tanto, si el tanque alcanza el 90% de su capacidad total, el controlador de nivel enviará una señal eléctrica, que abre una línea de drenaje de emergencia ubicada en el fondo del tanque. El controlador de nivel también activará una alarma alertando a los ingenieros de la planta de que hay un problema con el tanque de almacenamiento. Finalmente, el controlador de nivel también cerrará la válvula de entrada al tanque de almacenamiento.

Ejemplo 3

A continuación se muestra un diagrama de P&ID del proceso de transesterificación para producir biodiesel. El aceite de soya, el metanol y el catalizador metóxido de sodio se bombean al reactor. La temperatura del reactor está regulada por el agua de circulación. El biodiesel resultante es entonces bombeado fuera del reactor y pasa a otros procesos para que pueda ser vendido. A continuación se muestra una P&ID del proceso al que le faltan las válvulas, bombas y sensores. Agregue las bombas, sensores y válvulas que se necesitan para controlar con éxito el proceso.

Solución:

Ejemplo 4

A continuación se muestra un problema de ejemplo de un problema típico de P&ID. A es un líquido en Tamp pero hierve en Trx. B y P son líquidos de alto punto de ebullición y C es un sólido. La reacción para el proceso es 2A+B+C—>P en Trx. Ais alimentados en exceso.

A continuación se muestra la solución al problema anterior.

Rincón de Sage

Una breve guía para la notación estándar del diagrama de tuberías e instrumentación

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diapositivas para esta charla

Lectura Adicional

1. Wikipedia ChEMe P&ID símbolos entrada
2. Entrada de P&ID de Wikipedia
3. Artículo en línea de ingeniería de control: cómo leer P&ID

Aquí hay plantillas para crear P&ID en Visio (PC) y OmniGrafle (Mac).

Referencias

• Ingeniería Mineral Servicios Técnicos; “Ingeniería de Procesos.”. Última Actualización 05/09/2007.
• Corporación de Calificación y Certificación Solar; “Ejemplo de Diseño de Sistemas”. Última Actualización 05/09/2007.
• Karim, Nazmul M.; Riggs, James B. “Control Químico y Bio-Process”. 3a Edición. Publicación hurón.
• Ogunnaike, Babatunde A.; Ray, W. Harmon. “Dinámica de Procesos, Modelado y Control”. Nueva York Oxford: Oxford University Press, 1994.
• Beardmore, Roy; “Símbolos de hoja de flujo”. Última Actualización 12/02/2006.