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GUIA PARA LA ELABORACION DE DOCUMENTOS EN CONTROL E INSTRUMENTACION, NECESARIOS EN EL DESARROLLO DE PROYECTOS DE INGENIERIA EN SUS ETAPAS CONCEPTUAL, BASICA Y DE DETALLE.

LONDOﾃ前 CUERVO NICOLAS

FUNDACION UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE INGENIERIA MECATRONICA BOGOTA 2014

GUIA PARA LA ELABORACION DE DOCUMENTOS EN CONTROL E INSTRUMENTACION, NECESARIOS EN EL DESARROLLO DE PROYECTOS DE INGENIERIA EN SUS ETAPAS CONCEPTUAL, BASICA Y DE DETALLE.

LONDOﾃ前 CUERVO NICOLAS

Monografﾃｭa de Grado

Director de Monografﾃｭa Msc. Mario Jimﾃｩnez

FUNDACION UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE INGENIERIA MECATRONICA BOGOTA 2014

NOTA DE ACEPTACIร N

Firma del presidente del jurado

Firma del jurado

Firma del jurado

Bogotรก, Marzo de 2014

DEDICATORIA

Dedico este trabajo a mis padres, esposa y hermana, por ser el soporte y el impulso, que se requiere en los momentos difíciles, para no rendirse; y en las alegrías, para que nunca se olviden; siendo la compañía ideal para cada segundo de la vida.

Este documento representa el conocimiento que me ha permitido convertirme en el profesional que todos soñamos en algún momento, ganarme un espacio dentro del competitivo mundo laboral, alcanzar una excelente calidad de vida, brindarme la posibilidad de devolver algo de lo mucho que he recibido y es por todo esto y muchas cosas más, que no es un triunfo personal, es un triunfo de mi Familia.

AGRADECIMIENTOS

Doy gracias a Dios por mantener con salud y bienestar a mi familia, a la Universidad Agraria de Colombia por haber creado un espacio académico de características únicas para el desarrollo de la Ingeniería Mecatronica enfocada en el sector primario de la economía, a la Ingeniera Elizabeth Beltrán e Ingeniera Heidi Bautista por tener la capacidad de ser madres, docentes y amigas al mismo tiempo, al Ingeniero Mario Jiménez por tener la capacidad de obtener lo máximo de cada estudiante compenetrándose con ellos y entendiendo sus limitaciones y capacidades.

Agradezco a mis amigos que me han acompañado en este largo camino, que por el contrario de terminar se hace más amplio, y a su vez mas provocativo de caminarlo, a mis compañeros, jefes, directivos de la universidad y a todas aquellas personas que de una u otra forma han permitido que hoy pueda dar este pequeño pero substancial paso hacia la integralidad como ser humano.

CONTENIDO

RESUMEN

5

INTRODUCCION

6

1. INGENIERIA CONCEPTUAL

9

1.1 DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO - PFD

9

1.1.1 Características

10

1.2 DIAGRAMA DE TUBERIA E INSTRUMENTACION - P&ID

10

1.2.1 Norma ANSI/ISA-5.1-2009

11

1.3 TOPOLOGÍA DE INSTRUMENTACION Y/O COMUNICACIÓN

15

2. INGENIERIA BASICA

16

2.1 INTERLOCK - LOGICA NARRATIVA

16

2.1.1 Características

17

2.2 INTERLOCK - DIAGRAMA CAUSA-EFECTO

18

2.2.1 Características

18

2.3. DIAGRAMA LOGICO FUNCIONAL

19

2.3.1 Características

20

2.4. LISTADO DE EQUIPOS DE LARGA ENTREGA Y FICHAS TECNICAS

21

2.4.1 Características

22

3. INGENIERIA DETALLADA

24

3.1 UNIFILARES ELECTRICOS

24

3.2 PLANOS ELÉCTRICOS DE POTENCIA Y CONTROL

26

1

3.2 LISTADO DE MATERIALES

28

3.3 DIAGRAMAS DE LAZO Y/O TABLA DE ORIGEN Y DESTINO

28

3.4 MODELADO

30

CONCLUSIONES

33

BIBLIOGRAFIA

36

2

LISTA DE FIGURAS Figura 1 – Fases de un Proyecto de Ingeniería

7

Figura 2 - Ejemplo de diagrama de flujo de proceso - PFD

9

Figura 3 – Ejemplo de diagrama de tubería e instrumentación – P&ID

11

Figura 4 - Ejemplo topología

15

Figura 5 - Formato lógica narrativa – Interlock

17

Figura 6 - Formato Diagrama causa-efecto – Interlock

19

Figura 7 - Formato diagrama lógico acorde a la norma – Interlock

20

Figura 8 - Formato diagrama lógico sin norma – Interlock

21

Figura 9 – Formato de ficha técnica

22

Figura 10 – Ejemplo de diagrama unifilar

25

Figura 11 – Ejemplo plano eléctrico de potencia

26

Figura 12 – Ejemplo plano eléctrico de control

27

Figura 13 – Ejemplo listado de materiales

28

Figura 14 – Ejemplo de diagrama de lazo

29

Figura 15 – Ejemplo de tabla de origen y destino

29

Figura 16 – Estructura general – Software

30

Figura 17 – Planos de detalle eléctrico – Software

31

Figura 18 – Listado de materiales – Software

31

Figura 19 – Arquitectura de tableros - Software

32

Figura 20 – Metodología recomendada para la ejecución de proyectos de ingeniería

33

3

LISTA DE TABLAS Tabla 1 – Principales accidentes industriales de la historia

8

Tabla 2 – Descripción de nodos - PFD

10

Tabla 3. - Letras de identificación - P&ID

13

Tabla 4. – Elemento de instrumentación y símbolo de función - P&ID

14

Tabla 5 – Ejemplo Listado de equipos de larga entrega

23

4

RESUMEN Plantear los lineamientos básicos para la generación, lectura e interpretación de documentos enfocados al manejo de la selección, compra, instalación, precomisionamiento, comisionamiento, puesta en operación y mantenimiento de instrumentos y equipos e implementación de lazos de control, necesarios en el desarrollo de las diferentes fases de un proyecto de Ingeniería (Conceptual, Básica y Detallada), tomando como base de trabajo el hecho, que en Colombia es escasa e incluso inexistente la normalización de estos documentos, los cuales una vez desarrollados permitirán dar a conocer de manera clara, objetiva y eficiente la información requerida para la puesta en operación de un proyecto y la unificación de criterios entre los diferentes especialistas y/o profesionales involucrados en el desarrollo e implementación de Ingenierías Palabras claves:      

Instrumentación Industrial Control de Procesos Normalización Documentación Proceso continuo y Batch Seguridad industrial

5

INTRODUCCION

La escasa reglamentación en Colombia y baja aplicación de estándares internacionales relacionados con la normalización de documentos, planos y/o diagramas para el desarrollo de proyectos de ingeniería en el área de instrumentación y control, no han permitido disminuir la brecha existente con el área eléctrica donde existen parámetros y reglamentación claros, esto ha conllevado a que muchas de las problemáticas de la seguridad en personas, equipos y medio ambiente, encontradas en la industria actual, estén vinculadas en su causa raíz con el control e instrumentación en temas como: administración de alarmas, administración de documentación técnica, sistemas instrumentados de seguridad, Sistemas básicos para control de procesos (BPCS - Basic Process Control System), seguimiento a control de cambios, seguridad en las personas, procesos y equipos, mantenimiento preventivo, etc.

Las deficiencias en seguridad de las personas, equipos y medio ambiente fueron detectadas y analizadas por importantes sectores industriales en USA y Europa en la década de 1990-2000 luego que graves accidentes industriales (Ver Tabla 1) sucedieran a lo largo de esta década, generando una cantidad considerable de muertes, estos acontecimientos produjeron acciones concretas a través de publicación e implementación de normas y estándares internacionales por medio de la IEC (Comisión electrotécnica Internacional por sus siglas en inglés) e ISO (Organización Internacional de Normalización).

En la actualidad en Colombia se cuenta con reglamentación eléctrica clara a través de los siguientes documentos: código eléctrico nacional NTC2050, Reglamento Técnico de Instalaciones eléctricas RETIE, reglamento técnico de iluminación y alumbrado público RETILAP y reglamento técnico para redes internas de telecomunicaciones RITEL, etc. Esta normatividad exclusivamente eléctrica deja de lado una cantidad importante de elementos críticos al momento de evaluar la seguridad de un proceso en la industria, tales como lo son la instrumentación y el control.

Son justamente estos últimos elementos los que conllevan a realizar un análisis y estudio más profundo y determinar una secuencia de documentos, que permitirán disminuir el riesgo inherente a los procesos industriales, desde el mismo momento del diseño, diferenciándolas en las diferentes etapas de la ingeniería (Ver Figura 1) como se describe a continuación:  Ingeniería Conceptual PFD (Process Flow Diagram), P&ID (Pipe and Instrument Diagram) Topología de instrumentación y/o comunicación 6

 Ingeniería Básica Interlock: Lógica narrativa Diagrama Lógico y/o Diagrama causa-efecto Listado de equipos de larga entrega y Fichas técnicas  Ingeniería Detallada Modelado Eléctrico y Arquitectura de tableros Listado de materiales y equipos Planos eléctricos y de control Diagramas de lazo y/o tabla de origen y destino Figura 1 – Fases de un Proyecto de Ingeniería

Fuente: Presentación de documentación para control e instrumentación basada en normas isa - International Society of Automation Colombia Section

7

Tabla 1 – Principales accidentes industriales de la historia Principales accidentes industriales 28 muertos y cientos de heridos Flixborough (UK), 1974

Cubatao (Brasil), 1974

Explosión de vapor no confinada (UVCE) de ciclohexano

Bola de fuego de gasolina por fuga de un oleoducto

Destrucción completa de las instalaciones Al menos 500 muertos Graves daños al medio ambiente Sin muertes Evacuación de más de 1.000 personas

Seveso (Italia), 1976

Reacción química fuera de control que provoca el venteo de un reactor, con liberación a la atmósfera de dioxina

Abortos espontáneos y contaminación del suelo Autoridades ilocalizables (fin de semana) Las primeras medidas se tomaron a los cuatro días

Camping Los Alfaques, San Carlos de la Rápita (España), 1978

Explosión BLEVE de un camión sobrecargado de propileno al chocar contra un camping

215 muertos Destrucción completa del camping Más de 500 muertos

San Juan de Ixhuatepec, México D.F. (México), 1984

Numerosas explosiones de depósitos y tanques de GLP debidas a una fuga y posterior explosión no confinada de GLP

Más de 4.500 heridos Más de 1.000 desaparecidos Destrucción masiva de viviendas Efecto dominó procedente de la primera UVCE 3.500 muertes directas y el mismo número de personas en condiciones críticas

Bhopal (India), 1984

Escape de isocianato de metilo en una planta de fabricación de insecticidas

Unas 150.000 personas requirieron tratamiento médico Efectos a largo plazo: cegueras, trastornos mentales, lesiones hepáticas y renales La nube tóxica atravesó una de las vías de evacuación 190 muertos y 470 heridos

Guadalajara (México), 1992

Serie de explosiones en la red de alcantarillado de la ciudad de Guadalajara por vertidos incontrolados de combustible procedente de la planta de Petróleos Mexicanos, PEMEX

6.500 damnificados Destrucción de 1.547 edificaciones. Daños en 100 escuelas y 600 vehículos Entre 13 y 14 kilómetros de calles destruidas

Fuente: Grupo de Investigación Analítica de Riesgos Departamento de Química Analítica - CPS - Universidad de Zaragoza

8

1. INGENIERIA CONCEPTUAL Durante esta fase el objetivo principal es definir como operará el proceso, identificar la viabilidad y permitir que el desarrollo de la Ingeniería básica e Ingeniería de Detalle se ejecute sin inconvenientes. Durante esta etapa se define, de manera preliminar aspectos tales como: Capacidad requerida para la instalación, ubicación aproximada, área física de la instalación, costo de inversión y de mantenimiento, rentabilidad de la inversión, previsión para ampliaciones futuras, disposición general de los equipos en el área de la planta, diagrama de flujo de los procesos principales, estudio de vías de acceso y los requerimientos de los servicios públicos o determinación de producción propia.

1.1 DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO - PFD Son diagramas basados en gráficos normalizados con el objetivo de proporcionar una descripción general e indicar los valores de las variables del proceso relevantes, tales como: temperatura, presión, densidad, flujo, PH, viscosidad, etc en los diferentes nodos como se identifica en la Figura 2. Los gráficos para los instrumentos pretenden representar los elementos relevantes del sistema básico de control primario (BPCS).

Figura 2 - Ejemplo de diagrama de flujo de proceso - PFD

Fuente: Diseño proyecto agua suavizada – Planta BioD S,A. 9

1.1.1 Características 



  

Se deben identificar correctamente los nodos o puntos de flujo importantes, permitiendo identificar los productos que por allí son transportados y las variables de proceso relevantes tales como: Temperatura, presión, flujo, nivel, PH, viscosidad, REDOX, etc Los equipos que serán identificados en el diagrama de flujo de proceso son aquellos que afecten directa o indirectamente alguna de las variables de proceso. Ej: medidor de flujo que genere una alta caída de presión, bomba de proceso, etc Se recomienda indicar en una tabla independiente las características de caudal, presión, revoluciones por minuto y cabeza de succión de cada una de las bombas indicadas en el proceso.

Se deben referenciar zonas indicando su clasificación y la correspondiente identificación de instrumentos y equipos.

Se pueden incluir una tabla resumen nombrando y describiendo las variables importantes de cada nodo, como se muestra en la Tabla 2

Tabla 2 – Descripción de nodos - PFD VARIABLES/NODO Tipo de Fluido

1

2

3

4

5

6

LC

LC

LC

LC

SW

SW

Máximo (Kg/h) Flujo Másico

4342,9

10438,9 10438,9 27950,2

Mínimo (Kg/h) Promedio (Kg/h)

Temperatura (°C) Presión (Bar)

5500 441

1942,29

8038,29 8038,29

7961,71

120

90

76,5

65

20

20

3

2,15

ATM

3,4

3,5

3,5

Fuente: Creación del autor 1.2 DIAGRAMA DE TUBERIA E INSTRUMENTACION - P&ID El P&ID o diagrama de tubería e instrumentación es el documento o plano que contiene la instrumentación, equipos y lazos de control del proceso, representados por símbolos recomendados según la norma ANSI/ISA 5.1 de 2009 - Símbolos e Identificación de Instrumentación, como se evidencia en la Figura 3.

10

Figura 3 – Ejemplo de diagrama de tubería e instrumentación – P&ID

Fuente: Diseño proyecto agua suavizada – Planta BioD S,A. 1.2.1 Norma ANSI/ISA-5.1-2009 El propósito de esta norma es “establecer un método uniforme de representar e identificar instrumentos o dispositivos y sus funciones inherentes, sistemas de instrumentación y funciones, aplicación de funciones de software utilizados para la medición, seguimiento y control, mediante la presentación de un sistema de designación que incluye esquemas de identificación y símbolos gráficos.”1 Esta norma permite identificar gráficamente un proceso productivo por medio de símbolos, letras y esquemas normalizados, mostrando las variables de proceso, tecnología, función e identificación del instrumento de acuerdo con las siguientes especificaciones indicadas en la sección 4 de la norma:   

1ª letra: Variable medida o modificante, según lo definido en la Tabla 3 2ª y 3ª letras: Función de salida, de presentación de datos o modificante, según lo definido en la Tabla 3 Adicionales: Identificación de lazo de control (Asociado a área o equipo)

1. AMERICAN NATIONAL STANDARD ANSI/ISA-5.1-2009, Instrumentation Symbols and Identification. USA North Carolina, 2009. p.13.

11

Del mismo modo la norma ISA en la sección 5.1 - Graphic Symbol Tables se especifican los dispositivos de instrumentación y símbolos de función, Ver Tabla 4; dónde se define el símbolo a usar de acuerdo a la función del instrumento indicando si es de montaje local, en tablero, sin acceso, en tablero auxiliar, entre otros.

Por otra parte se define la simbología para los sistemas instrumentados de seguridad mediante rombos y para ordenadores por medio de hexágonos, especificando las mismas características mencionadas para la instrumentación.2 Otras características importantes de la norma ANSI/SA 5.1 que vale la pena destacar son las siguientes:  Se plantea una simbología diferencial entre BPCS y SIS reemplazando la simbología usada para DCS y PLC.  Se reúne la norma 5.2 y 5.3 en un compendio unificado en la 5.1  Se define que los instrumentos se definen por su función y no por su forma o construcción.  Se determina como opcional el uso del lenguaje SAMA (Scientific Apparatus Makers Association) para identificar funciones lógicas de proceso o la descripción de diagramas de lazo.  Se incluye simbología para elementos primarios de medición específicamente para cada tecnología.

2. AMERICAN NATIONAL STANDARD ANSI/ISA-5.1-2009,op.cit, p.13.

12

Tabla 3. - Letras de identificaci贸n - P&ID

Fuente: ANSI/ISA 5.1 (2009) Tabla 4.1 Secci贸n 4. Identification Letters Table. p.30

13

Tabla 4. – Elemento de instrumentación y símbolo de función - P&ID

Fuente: ANSI/ISA 5.1 (2009) Tabla 4.1 Sección 4. Identification Letters Table. p.36 De acuerdo a esta información y simbología se elaboran los lazos de control en el P&ID, los cuales, muestran gráficamente el control que se realiza a partir de la instrumentación sobre los diferentes equipos del proceso, ya que de acuerdo a un estado o una señal obligan a una acción bien sea en un elemento de control o en uno de potencia, según lo requerido por el proceso e indicado en los interlocks mencionados posteriormente.

14

1.3 TOPOLOGÍA DE INSTRUMENTACION Y/O COMUNICACIÓN Topología es una distribución gráfica que muestra la disposición de equipos eléctricos, de instrumentación y comunicación, considerando el tipo de proceso o tipo de operación, además, muestra el tipo de señal en las líneas de instrumentación las cuales son más finas que las de proceso como se indica en la Figura 4.. Una topología muestra gráficamente lo descrito en la lógica narrativa.

Figura 4 - Ejemplo topología

Fuente: Proyecto Instrumentación de tanques – Planta BioD S.A.

15

2. INGENIERIA BASICA La ingeniera básica es una profundización del análisis realizado en la ingeniería conceptual previa, cuyo resultado son los datos de entrada para esta etapa del diseño como resultado obtendremos documentación en términos de: tamaño, desempeño, confiabilidad, condiciones ambientales, etc, que debe cumplir las tecnologías que se utilizará la aplicación.

La ingeniería Básica contiene entre sus entregables, según corresponda y de acuerdo a la complejidad de la ingeniería a desarrollar, alguno de los siguientes documentos: lógica narrativa, diagrama causa efecto y diagrama lógico, los cuales presentan una explicación clara de las acciones en los lazos de control o acciones lógicas de proceso, que generan los diferentes elementos básicos de medición, sobre los elementos de control.

2.1 INTERLOCK - LOGICA NARRATIVA Es una narración detallada del proceso a intervenir, y con la cual se pretende describir las modificaciones o cambios que se realizaran en un proceso existente o las implementaciones para un proyecto nuevo, en este documento se presenta las características del sistema de control y supervisión que se pretende realizar indicando las características relevantes. Específica, además de la zona de afectación (proceso, tanques, recintos, etc), los equipos de potencia, control e instrumentación, indicando tablero eléctrico de conexión, tipo de alimentación e incluso marca y referencia de equipos. En la Figura 5 se identifica un formato modelo para este tipo de Interlock Ejemplo: A la salida del tanque de almacenamiento de agua suavizada TK-14 existen dos bombas denominadas P-3 y P-4 que trabajan una como respaldo de la otra, la lógica de control y operación de estas bombas no será modificada. El flujo a la salida de las bombas tienen las siguientes posibles direcciones de flujo: a-Tubería de retorno al tanque con una platina orificio de diámetro de 12mm (existente) asegura un flujo constante de 0.5 m3/h que regresara al tanque TK-140 y permite que estas bombas no se apaguen bajo condiciones normales de operación. c- Un bypass de esta línea será direccionada a una válvula de control de flujo tipo ON/OFF LCV-13 que permitirá la reposición de agua fría, desde las bombas P-3 y P-4 hacia el tanque pulmón TK 13B cuando un punto de ajuste (Set point) de nivel bajo definido en el transmisor de nivel nuevo LIT13 sea alcanzado y se cerrara posteriormente cuando el punto de ajuste (set point) se haya establecido.

16

2.1.1 Características     

Narración detallada de características relevantes de un proceso a modificar.

Su facilidad permite que pueda ser desarrollado sin necesidad de tener un conocimiento técnico avanzado Se puede indicar control digital y análogo sin inconvenientes Se deben nombrar identificación de los equipos y objetivos de los lazos de control con valores de setpoint claros.

Se debe indicar áreas o zonas en el caso de ser clasificadas.

Figura 5 - Formato lógica narrativa - Interlock

Aspectos generales del proyecto

Descripción de equipos y funcionamiento del sistema de control

Información de quien ejecuta, quien revisa y quien aprueba

Fuente: Creación autor

17

2.2 INTERLOCK - DIAGRAMA CAUSA-EFECTO Es la representación gráfica de las relaciones múltiples de causa - efecto entre las distintas variables que intervienen en un proceso, ya que es una herramienta útil para interpretar el efecto sobre el sistema al recibir señales provenientes de diferentes elementos involucrados en el proceso.

Muestra la identificación de las entradas (causa), el tipo de señal y su descripción, además de la función que realiza bien sea alarma, indicador, registro, tendencia, entre otros. Finalmente muestra las salidas (efecto), donde se identifican los equipos implicados y la acción que generan las entradas sobre ellos. En esta sección, también se menciona el área de trabajo, donde se encontrarán ubicados los diferentes elementos mencionados en el diagrama. En la Figura 6 se identifica un formato modelo para este tipo de Interlock

2.2.1 Características   

  

Requiere un conocimiento técnico mayor al requerido en la lógica narrativa Ideal para descripción de lógicas de procesos ON/OFF Debe indicar todas las entradas en el ítem indicado como causa mostrando la descripción y la lógica de operación ya sea normalmente energizado o normalmente desenergizada Puede ser acompañado de la lógica narrativa para que el conocimiento y experiencia de los operarios de planta no se pierda.

Debe indicar la función que ejecutara cada una de las entradas.

Debe indicar la acción que ejecutara cada una de las salidas

18

Figura 6 - Formato Diagrama causa-efecto - Interlock Convenciones y Documentos de referencia

Entradas o Causa

Función

Salidas o Efecto

Fuente: Creación autor

2.3. DIAGRAMA LOGICO FUNCIONAL Es una representación gráfica en la cual se representan los pasos lógicos que se pretenden implementar o modificar, a través de una simbología sugerida por la norma ANSI/ISA 5.1 denominada símbolos lógicos o a partir del año 2009 se puede usar también la simbología SAMA, para diagramas lógicos Ver Figura 7;.

Debido a que este último es un planteamiento reciente, es completamente normal encontrar simbología eléctrica o electrónica acoplada para determinar los lazos de control en este tipo de diagramas. Ver Figura 8 19

2.3.1 Características   

 



Requiere un conocimiento técnico avanzado tanto de la simbología como de la lógica del proceso.

Puede ser acompañado de la lógica narrativa para que el conocimiento y experiencia de los operarios de planta no se pierda.

Es ideal para procesos con control proporcional ya que permite diagramar funciones aritméticas, proporcionales, temporizado, conversiones, tablas de verdad, comparadores, etc.

Requiere comúnmente de un desarrollo multidisciplinario que integre profesionales con conocimientos de proceso y de instrumentación y control Es el resultado de una ingeniería conceptual clara y debe ser desarrollado sobre la base de un diagrama de flujo de proceso (PFD) y P&ID bien estructurados.

Permite la posibilidad de ser probado o testeado a través de software de avanzados de control.

Figura 7 - Formato diagrama lógico acorde a la norma - Interlock

Fuente: ANSI/ISA 5.1 (2009) Tabla 4.1 Sección 4. Identification Letters Table. p.126

20

Figura 8 - Formato diagrama lógico sin norma - Interlock

Fuente: Proyecto instrumentación de tanques – BioD S.A.

2.4. LISTADO DE EQUIPOS DE LARGA ENTREGA Y FICHAS TECNICAS Este listado es fundamental en el desarrollo de la ingeniería ya que permite identificar los instrumentos y equipos con tiempos de entrega largos y que se convierten en la restricción o cadena critica de la ejecución del proyecto, al realizar este paso dentro de la ingeniería básica adelantaremos el proceso de compras de estos equipos para que su tiempo máximo de entrega no afecten la programación del cierre del proyecto. En este listado podemos incluir aquellos equipos de vital importancia en el proceso que tiene tiempos de entrega dentro de los parámetros del proyecto pero que por su importancia vale la pena adelantar el proceso de compra. Este listado de equipos no debe ser confundido con el listado de materiales final, el cual se desarrollara en una etapa posterior denominada ingeniería de detalle. Ver Tabla 5 Las fichas técnicas son un documento complementario al listado anteriormente nombrado pero con una importancia igual o mayor, ya que son estas las que identifican las características fundamentales para la compra del equipo como son las variables físicas de medición, tipos de conexión mecánica y eléctrica, materiales de construcción, condiciones de operación, clasificación de la zona a instalar. Se recomienda que este conjunto de elementos sea entregado como un 21

paquete preliminar a la entrega final de la Ingeniería básica con el fin de adelantar los procesos de compra correspondientes. Ver Figura 9 2.4.1 Características 

 



El listado de equipos puede ser complementado con el precio de los equipos o instrumentos la cual es una información típica de otro documento denominado APU (Análisis de precios unitarios) pero que puede ser de bastante utilidad en esta etapa del proceso.

Se recomienda que la ficha técnica esté vinculada desde el listado de equipos a través de una referencia recomendada por el diseñador De acuerdo a las características del proceso es aconsejable que el diseñador recomiende el instrumento o equipo, tomando en cuenta que esto puede inclinar al departamento de compras a no consultar con otros proveedores.

Esta versión de la ficha técnica es una versión preliminar de lo que en últimas será la ficha técnica u hoja de vida del equipo. Esto debido a que la compra final puede variar en algunas especificaciones indicadas desde el diseño-

Figura 9 – Formato de ficha técnica

Fuente: Creación autor 22

Tabla 5 – Ejemplo Listado de equipos de larga entrega LISTADO DE EQUIPOS DE LARGA ENTREGA PROVEEDOR

MARCA

REFERENCIA

ENTREGA

PRECIO UNITARIO

CANT

TOTAL

FICHA TECNICA

MEDICION Y CONTROL

SIEMENS

7ML5746-2AA021BA0

8-10 SEMANAS

$ 1.277.100

4

$ 5.108.400

AD

SYZ

HYCONTR OL

HYCTFTD5DV1NFM00 80

6A8 SEMANAS

$ 2.872.800

4

$ 11.491.20 0

AV

MEDICION Y CONTROL

Baumer Bourdon Haenni

TBI100264142 + AGWR0x60NxF1 00

4 - 6 SEMANAS

$ 2.316.250

1

$ 2.316.250

AJ

SYZ

REOTEMP

3 - 4 SEMANAS

$ 1.344.060

1

$ 1.344.060

AK

MEDICION Y CONTROL

Baumer Bourdon Haenni

2 - 3 SEMANAS

$ 156.250

10

$ 1.562.500

AL

SYZ

REOTEMP

SYZ

SMARTSC AN

S25-LB51-6N8ZE

6A8 SEMANAS

MEDICION Y CONTROL

SIEMENS + MYC

TRR-A-1-203 + 7NG3212-0NN00

2 - 3 DIAS

SYZ

YY0401C47-SF // ST4316-H MPE6D60H19 + M-12M-85-8N-SSV-T-P PR40S1A2D03-GT

3 - 4 SEMANAS

$ 1.465.470 $ 4.394.700

1 1

$ 1.465.470 $ 4.394.700

AM AT

$ 579.888

1

$ 579.888

AW

VALCOM

TRT F T1 T01 N C A08 S54 Z99 A T A 6 A 8 37 A N0 -TTSEMANAS 13009B

$ 2.376.900

1

$ 2.376.900

AÑ

MEDICION Y CONTROL

SIEMENS

7ME6310-2YJ131HB2

8 - 10 SEMANAS

$ 4.340.313

1

$ 4.340.313

AZ

SYZ

SABRE

TRG-1120L

4 - 6 SEMANAS

$ 5.613.930

1

$ 5.613.930

A1

Fuente: Creación autor

23

3. INGENIERIA DETALLADA La ingeniería de detalle tiene como objetivo obtener el diseño detallado de la instalación, necesario para proceder con la construcción como son: Revisión de la ingeniera básica, planos de distribución de planta, tableros eléctricos/bandejas, planos isométrico, listado de materiales, listado de alarmas y eventos, listado de equipos y señales, identificación de elementos, costos APU (Análisis de precios unitarios).

3.1 UNIFILARES ELECTRICOS Un diagrama unifilar es la representación en una sola línea de los circuitos en una instalación eléctrica o parte de ella. Indica la cantidad de fases y calibre de los conductores a utilizar, número de circuitos del tablero y características y especificaciones de los equipos, sin detallar puntos de conexión precisos, por lo que se complementa con los planos de potencia y control.

Son útiles para mostrar de forma sencilla todo tipo de instalaciones eléctricas, aun cuando incluyan varios circuitos ramales, ya que indica desde y hasta donde se realizan las conexiones entre diferentes elementos tanto de control, protección y medición, aunque no se limita solo a ellos. Se enfoca a la forma como se distribuye la energía a partir de la fuente de suministro. La simbología usada es establecida según la norma IEEE-315. A continuación se muestra un ejemplo de un diagrama unifilar típico Ver Figura 10

24

Figura 10 – Ejemplo de diagrama unifilar

Fuente: CreaciĂłn autor

25

3.2 PLANOS ELÉCTRICOS DE POTENCIA Y CONTROL El contenido de los planos eléctricos, es la representación de la conexión e interconexión eléctrica de los elementos de potencia típicos para la conexión de los motores como se evidencia en la Figura 11. Los planos de control indicados en la Figura 12 son normalmente usados para mostrar la conexión de instrumentos y PLC entre otras aplicaciones. Este conjunto de planos me generan el soporte suficiente para determinar la cantidad de elementos y conexiones de puntos calientes que se deben entrar a cotizar en un montaje. Esta representación se realiza mediante símbolos eléctricos, definidos por el RETIE. El RETIE, Artículo 11. SÍMBOLOS Y SEÑALIZACIÓN DE SEGURIDAD, remite el uso de la simbología eléctrica a las normas unificadas IEC-60617, ANSI Y32 y CSA-Z99, de las cuales, la IEC mencionada, es la única norma europea a la que se hace referencia, en Colombia es de uso común la norma IEEE-315 Figura 11 – Ejemplo plano eléctrico de potencia

Fuente: Plano eléctrico de potencia proyecto condensados – BioD S.A 26

Figura 12 – Ejemplo plano eléctrico de control

Fuente: Plano eléctrico de control proyecto condensados – BioD S.A

27

3.2 LISTADO DE MATERIALES El listado de materiales es el listado final resultante que discrimina cada uno de los elementos necesarios para realizar la construcción y montaje del proyecto, en este documento se pueden incluir los instrumentos que no hayan sido incluidos en el listado de equipos generado en la Ingeniería Básica y puede incluir precios como complemento los precios unitarios. Ver figura 13 Figura 13 – Ejemplo listado de materiales

Fuente: Creación autor 3.3 DIAGRAMAS DE LAZO Y/O TABLA DE ORIGEN Y DESTINO Los diagramas de lazo son planos esquemáticos que muestran la conexión eléctrica de cada uno de los instrumentos que se van a montar en el desarrollo del proyecto y sirve como complemento de los planos eléctricos de potencia y control.

En este documento se debe identificar el equipo o instrumentos desde su origen, indicando cada una de las conexiones de paso, hasta su destino final. Ver figura 14 El diagrama deberá incluir los puntos de conexión del instrumento, el tipo de cable y la cantidad de hilos, borneras de paso en tableros de control y de ser necesario tags utilizados en la HMI o sistema SCADA. Este diagrama también se puede realizar de forma narrativa indicando la conexión eléctrica en cada uno de las partes del tendido eléctrico. Ver Figura 15 28

Figura 14 – Ejemplo de diagrama de lazo

Fuente: ISA-5.4-1991- Instrument Loop Diagrams Figura 15 – Ejemplo de tabla de origen y destino

Fuente: Creación autor

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3.4 MODELADO Hasta hace algunos años la realización de la ingeniera detallada era la fase de un proyecto de ingeniería en la que más se consumían recursos (dinero, personal y tiempo) debido a que en esta etapa se debe dejar completamente claro a través de planos y documentación como se realizara la construcción, montaje y puesta en operación de la planta o mejora que se pretende realizar.

Con el desarrollo de la tecnología, en la actualidad encontramos software de modelado que nos permiten generar a partir de una única estructura generar (Ver figura 16) todos los planos y documentación necesaria la finalización temprana de la ingeniería de detalle.

A través de este único modelado es posible generar planos de montaje mecánicos y eléctricos (Ver figura 17), planos de potencia y control (Ver figura 11 y 12), listado de materiales (Ver figura 18) y arquitectura de tablero para montaje Figura 16 – Estructura general - Software

Fuente: Estructura general proyecto agua suavizada realizada en Sofware Autodesk Inventor – BioD S.A.

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Figura 17 – Planos de detalle eléctrico - Software

Fuente: Plano de detalle para montaje eléctrico proyecto agua suavizada realizada en Sofware Autodesk Inventor –BioD S.A. Figura 18 – Listado de materiales – Software

Fuente: Listado de materiales proyecto agua suavizada realizada en Sofware Autodesk Inventor –BioD S.A. 31

Figura 19 – Arquitectura de tableros - Software

Fuente: Arquitectura de tablero proyecto agua suavizada realizada en Sofware Autodesk Inventor –BioD S.A.

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CONCLUSIONES -

La seguridad en las personas, el medio ambiente y los equipos, es la base sobre la cual debe operar cualquier empresa y proceso productivo en Colombia y el mundo. Bajo esta premisa es que se sustenta y justifica el desarrollo de una metodología como la descrita en este documento, a través de la cual se busca que los ingenieros especialistas en diferentes áreas del conocimiento puedan documentar todo lo que esté relacionado con instrumentación y control en etapas como el diseño, selección, compra, almacenaje, montaje, pruebas, puesta en operación y plan de mantenimiento de un proyecto.

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La normalización o estandarización es un proceso importante en todos las actividades que realizan los seres humanos y para el caso descrito en este documento encontramos que la inexistencia en Colombia de estándares para el desarrollo de ingenierías en instrumentación y control puede llevar a la ocurrencia de accidentes importantes en la industria, y por lo tanto se recomienda como base inicial de trabajo la siguiente metodología. Ver figura 20: Figura 20 – Metodología recomendada para la ejecución de proyectos de ingeniería FASE DE INGENIERIA

DOCUMENTO DE ENTREGA PFD (Process Flow Diagram),

1. Ingeniería Conceptual P&ID (Pipe and Instrument Diagram) Topología de instrumentación y/o comunicación Lógica narrativa Interlock

Diagrama Lógico

2. Ingeniería Básica

Diagrama causa-efecto Listado de equipos de larga entrega y Fichas técnicas Listado de equipos

3. Ingeniería Detallada

Modelado en software

Planos control

materiales

eléctricos

y

y de

Diagramas de lazo y/o tabla de origen y destino

Fuente: Creación autor 33

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Obtener desde la etapa del diseño una trazabilidad a los procesos que permita en alguna parte avanzada del proyecto encontrar la causa raíz de los problemas, sin importar la etapa en que estos se presentan y que de no manejarse esta metodología o alguna similar en la creación y control de documentos se dificultaría realizar una mejora continua en la calidad.

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Implementar el desarrollo estructurado y metódico de las etapas de Ingeniería Conceptual, Ingeniería Básica e Ingeniería detalle, en un proceso productivo, conlleva a realizar un análisis del retorno de la inversión de un proyecto sobre una base documental sólida. Esto permitirá detectar errores o implementar mejoras antes de tomar una decisión final de inversión.

Adicionalmente disminuirá gastos que se presentan de forma frecuente, como son los ocurridos por errores en la selección de equipos y mantenimientos correctivos por errores de diseño.

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La difusión de este modelo o metodología de trabajo para la generación de documentos en las etapas de ingeniería conceptual, básica y detallada en un proyecto de ingeniería, puede conllevar a que se planteen e implementen mejoras debido al uso continuo de la misma. En la masificación del uso de la metodología está el secreto, para que en momentos posteriores las entidades normalizadoras del estado, tales como ICONTEC, puedan tomarlas como base para una futura norma o estándar en Instrumentación y Control de procesos productivos

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La academia en las carreras de ingeniería han enfocado en la última década con el advenimiento de la era de la tecnología e información, la mayoría de sus esfuerzos en la enseñanza relacionada con la creación, diseño, construcción, re-ingeniería e innovación de productos o servicios nuevos, olvidando que los instrumentos o equipos existentes en el mercado actual, tienen características o especificaciones más que suficientes para cubrir las necesidades de la industria y que por lo tanto se debe enseñar a los profesionales a realizar una correcta selección, con criterios solidos que contemplen temas como seguridad, calidad y costos.

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El profesional y la academia del siglo XXI dedicados al aprendizaje y enseñanza de las diferentes áreas de la Ingeniería, deben aceptar y entender la importancia del conocimiento y aplicación de las normatividades nacionales e internacionales, necesarias para el desarrollo con idoneidad 34

de su profesión, no solo entendidas estas como pautas o lineamientos para la ejecución de una labor, también como una nueva e inexplorada línea de acción o de trabajo que es constantemente rechazada por los profesionales jóvenes, ya que se requiere un profundo conocimiento teórico e interpretativo de las normas.

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Asegurar la calidad del producto final a través del tiempo, es tal vez la consecuencia más destacable, que se obtiene de la implementación de documentación a través de las etapas típicas de un proyecto de Ingeniería.

En cada una de estas etapas podemos destacar las siguientes ventajas:  El análisis multidisciplinario por el que se debe someter la Ingeniería Conceptual y que tiene como objetivo que los profesionales de áreas como mecánica, civil, eléctrica, electrónica, instrumentación/control, química, proceso, seguridad industrial, medio ambiente, entre otras, puedan dar sus aportes desde el filtro de su especialidad, permiten asegurar que el resultado de esta etapa sea confiable y las siguientes fases se ejecuten sin contratiempos o re-procesos significativos.  La correcta ejecución de la Ingeniería Básica permitirá el aseguramiento de la calidad a través del tiempo, soportado aquello en una adecuada especificación de instrumentos y/o equipos y una definición precisa de los lazos de control, basados en las variables y características del proceso especificados en la conceptual.  La Ingeniería detallada, es la fase del proyecto que permitirá realizar, en forma precisa la ejecución del presupuesto, disminuyendo considerablemente sobrecostos o gastos extraordinarios, gracias al uso de la tecnología de modelamiento en 3D, que minimizan las variaciones en la relación diseño/montaje y determina de forma precisa la cantidad y valor de los materiales.

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BIBLIOGRAFIA AMERICAN NATIONAL STANDARD ANSI/ISA-5.1-2009. Instrumentation Symbols and Identification. North Carolina, 27709 USA.: 2009

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BIOD S.A. Procedimiento General De Ingeniería. Primera Actualización.

Facatativá. 2012

BIOD S.A. Archivo general de proyectos. Carpeta ingeniería. Facatativá. 2014

INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TECNICAS. Normas Colombianas para la presentación de trabajos de investigación. Segunda actualización. Bogotá D.C.: ICONTEC, 1996

INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TECNICAS. Código Eléctrico Colombiano. Primera actualización. Bogotá D.C.: ICONTEC, 1198

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