Diagramas de Lazo (loop diagrams): el control a detalle

Finalmente, nosotros llegamos el diagrama de lazo o “loop diagram” (algunas veces llamado loop sheet) para el sistema de control del compresor que empezamos a estudiar en artículos anteriores.

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Aquí nosotros podemos ver que el P&ID no nos mostró todos los instrumentos involucrados para este lazo de control. No solo, para este lazo, nosotros teníamos dos transmisores, un controlador, y una válvula; sino que también tenemos dos señales de provenientes de transductores. El transductor 42a modifica la señal del transmisor de flujo antes de ingresar al controlador, y el transductor 42b convierte la señal electrónica 4 – 20mA a una señal neumática (aire) a una presión entre 3 y 15 PSI. Cada “burbuja” o círculo de los instrumentos en el diagrama de lazo representa un dispositivo individual, con sus propios terminales para la conexión del cableado asociado.

Debemos darnos cuenta que las líneas punteadas o discontinuas ahora representan cables de cobre en vez de todos los cables. Los bloques de terminales donde el cableado se conecta es representado por cuadrados con números dentro de ellos. El numero de cables, color de cableado, números de “junction blocks”, identificación de paneles, e incluso los puntos de aterramiento son todos mostrados en este tipo de diagramas. El único tipo de diagrama a un mas bajo nivel de abstracción que un diagrama de lazo seria un diagrama de esquemático electrónico para un instrumento individual, en el cual por supuesto solo mostraría detalles pertinentes respecto a ese único instrumento. Por lo tanto, el diagrama de lazo es la forma o documento mas detallado de todo el sistema de control, y por tanto debe contener todos los detalles omitidos en los diagramas PFD y P&ID.

Para ingenieros o técnicos principiantes podría parecer excesivo incluir trivialidades como el color de cableado en un diagrama de lazo. Para el instrumentista experimentado quien ha trabajado en sistemas de control con falta de información detallada o no muy precisa, esta información es altamente valorada. Mientras mayor detalle podamos incluir en nuestros diagramas de lazo, mucho más fácil será realizar tareas de mantenimiento en los mismos sistemas en el futuro. Cuando un diagrama de lazo muestra exactamente que color de cable esta asociado a algún bloque de instrumentación del sistema y exactamente que Terminal esta conectado, se torna mucho mas fácil proceder con cualquier tarea de mantenimiento correctivo (troubleshooting), calibración, etc.

Un detalle interesante que podemos ver en este diagrama de lazo es que se especifica el “input calibration” y “output calibration” o rangos de calibración para cada instrumento del sistema. Esto es realmente importante, conocer el rango de calibración, cuando vamos a tratar de solucionar problemas complejos dentro del sistema instrumentado: cada instrumento tiene al menos una entrada “input” y una salida “output”, con alguna relación matemática simple entre ambos. El diagnóstico de un problema que se encuentra dentro de un sistema de medición o control a menudo se reduce a pruebas de varios instrumentos para ver si sus respuestas coinciden con la salida adecuada a sus respectivas condiciones de entrada.

Por ejemplo, una manera de probar el transmisor de flujo en este sistema de control seria someterla a una serie de presiones diferentes dentro de su rango (rango especificado en el diagrama de 0 a 100 pulgadas de agua diferenciales “inches of water column differential – PSID”) y ver si es que o no la actual señal de salida del transmisor fue consecuentemente proporcional a la presión aplicada (por ejemplo 4mA a 0 PSID, 20mA a 100PSID, 12mA a 50 PSID, etc.).

Teniendo en cuenta el echo de que un error de calibración o mal funcionamiento de cualquiera de estos instrumentos puede causar problemas en el sistema de control en su conjunto, es muy apreciado si podemos conocer alguna manera de determinar cual instrumento es el que nos causa problemas y cual no. Este principio o criterio general es válido independientemente del tipo de instrumento o de la tecnología: Podemos usar el mismo procedimiento input-vs-output para verificar una buena operación de un transmisor de nivel neumático (3 a 15 PSI) o en un transmisor de flujo electrónico (4 a 20mA) o un transmisor de temperatura digital (fieldbus) indistintamente. Cada y todo instrumento tiene una entrada y una salida, y hay siempre un correlación predecible (y comprobable) de uno al otro.

Otro detalle interesante visto en el diagrama de lazo de ejemplo es la acción de cada instrumento. Podemos apreciar en el diagrama a lado del recuadro que contiene el rango calibrado del instrumento una fecha (que apunta hacia arriba o abajo). Una fecha hacia arriba (↑) representa un instrumento de acción directa “direct-acting instrument”: aquel cuya señal de salida aumenta a medida que aumenta el estímulo entrada. Una fecha hacia abajo (↓) representa un instrumento de acción inversa “reverse-acting instrument”: aquel cuya señal de salida disminuye a medida que aumenta el estímulo entrada. Todos los instrumentos en este lazo son de acción directa con la excepción del transmisor de presión diferencia PDT-42:

Aquí, la fecha hacia abajo nos dice que el transmisor tendrá una señal de salida con rango máximo de 20mA cuando sense un valor diferencial de presión de cero, y una señal de 4mA cuando sense el máximo de presion diferencial es decir 200PSID. Mientras esta calibración podría parecer un poco confusa y no garantizada, sirve con un propósito definido en este sistema de control en particular. Desde que la señal de corriente del transmisor disminuye conforme la presión aumenta, y el controlador debe estar consecuentemente configurado, una disminución de la señal de corriente será interpretado por el controlador como un valor alto presión diferencial. Si cualquier conexión en el cableado fallara en el lazo de corriente 4-20 mA para este transmisor, el resultado 0 mA será naturalmente “visto” por el controlador como una condición de presión “over-range”. Esto es considerado peligroso en un sistema de un compresor porque se predice como una condición de fuga o inestabilidad. Por tanto, el controlador naturalmente tomara las acciones para prevenir esta sobre presión y mandara la válvula de control asociada a abrir, por “piensa” que el compresor esta a punto de ponerse inestable. En otras palabras, el transmisor es intencionalmente calibrado para ser de acción inversa dado que cualquier falla de señal (cableado defectuoso por ejemplo) el sistema será llevado a su condición mas segura.