Importancia y Utilización del Estándar ANSI/ISA S5.1

Gerardo Villegas P.
Ingeniero Químico,
Líder de Especialidad de Instrumentación y Control del Instituto Mexicano del Petróleo.
Director del Comité de Normas y Prácticas en ISA, México Sección Central.

Mirna del C. Salgado Azamar,
Ingeniero Electrónico en Instrumentación,
Especialista de Instrumentación y Control del Instituto Mexicano del Petróleo,
Secretario del Comité de Normas y Prácticas en ISA, México Sección Central.

RESUMEN

El estándar ANSI/ISA S5.1 es uno de los estándares de la ISA más utilizado durante la Ingeniería de Diseño de plantas químicas en la realización de Planos y Documentos; por ejemplo, en Diagrama de Tubería e Instrumentación (DTI´s); en Índice de Instrumentos; en Diagramas de Lazo; en el diseño de Gráficos Dinámicos para el Monitoreo y Control Digital de los Sistemas de Control Distribuido, y sobre todo en Sistemas de Seguridad (PLC), que va de la mano con Ciberseguridad, etc., ya que en él se establecen los lineamientos para representar e identificar los instrumentos o dispositivos y sus funciones inherentes, sistemas y funciones de instrumentación, así como su representación gráfica.


PALABRAS CLAVES: Estándar, Símbolos,  Automatización, Lineamientos, Uniformidad, Ciberseguridad.


INTRODUCCIÓN

El estándar ANSI/ISA-S5.1 nace el año de 1949, inicialmente fue una práctica recomendada y posteriormente se publica como estándar en 1984.

El estándar  tuvo desde su origen el propósito de uniformizar la identificación de instrumentos dentro de la automatización industrial; dicho estándar no ha permanecido estático, ya que constantemente está sujeto a nuevas revisiones que permiten actualizarlo y enriquecerlo. En el estándar ANSI/ISA-S5.1 se indican los procedimientos requeridos para la identificación, funciones y representación gráfica de la instrumentación de los sistemas de control.

La representación gráfica generalmente la encontramos plasmada en los Diagramas de Tubería e Instrumentación (DTI´s), Diagramas Funcionales o de Lazo de instrumentos, Desplegados gráficos, etc.

El estándar indica normalmente un tamaño de 7/16” para el círculo que contiene la identificación y número del instrumento, aunque en los casos en donde se tenga un DTI con demasiada información, el estándar nos permite disminuir el tamaño del círculo hasta 3/8”, para optimizar el número de planos y documentos, durante la etapa de Ingeniería de Detalle, Construcción, Arranque de Plantas y Mantenimiento.

IDENTIFICACIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN

En el estándar ANSI/ISA-S5.1 se ilustran un número ilimitado de ejemplos para el diseño e identificación de los sistemas e instrumentos, así como su representación gráfica mediante símbolos.

La identificación de un instrumento es una combinación de literales y números en donde a cada instrumento o función se le designa un código alfanumérico o número de identificación, de tal manera que de izquierda a derecha se tienen las literales y enseguida la numeración designada, ver figura 1.

Figura 1. Identificación de un transmisor indicador de flujo

La tabla 4.1 del estándar ANSI/ISA-S5.1 muestra la identificación de letras y sirve para identificar el instrumento con letras como iniciales para determinar su identificación funcional.

La tabla 4.1 específica las 2 primeras columnas para letras, la primera columna identificará la variable a medir y si es necesario adicionar otra literal que indique una modificación de la variable a medir, la encontramos en la segunda columna. Por ejemplo, si se tiene un indicador de presión diferencial, el modificador de la variable presión, es tener una diferencial de presión (D) y una indicación de la diferencial de presión (I), que es la tercer columna como una función de lectura/pasiva, por tanto la identificación con literales del instrumento sería PDI.

Las letras sucesivas que identifican al instrumento se encuentran en las columnas 3, 4 y 5 de la tabla 4.1 del estándar.

En la columna 3 se indica una función de lectura/pasiva del instrumento que puede ser una alarma, indicador, vidrio, un orificio de restricción (FO), una tendencia o registro (_R), una conexión de prueba(P), una sonda o un pozo en termopozos (TW), etc.

En la columna 4 se define la función de salida/activa de un instrumento por ejemplo para una Válvula de Control de presión, la identificación con literales es PV en donde la literal V indica que se trata de una válvula de Control la cual es una función de salida/activa.

En la columna 5, se específica un modificador de función, a las funciones de la columna 3 y 4, como variable de presión, ejemplo alta presión (H), o muy alta presión (HH), o muy baja presión (LL).

NUMERACIÓN DE LOS INSTRUMENTOS

Cuando se tenga un proyecto (va depender de las Bases de Diseño del Proyecto) pequeño y no se tengan asignados números para la identificación de las áreas, equipos o planta, es posible utilizar un número básico, por ejemplo: LT-1 o LT-01 o LT-001.

El estándar específica que para la identificación numérica de los instrumentos pertenecientes a un lazo de control es conveniente que la instrumentación asociada a ese lazo (abierto o cerrado) tenga esa misma numeración, es decir si en el lazo existe una válvula de control de presión con identificación PV-105, la instrumentación asociada deberá tener la numeración 105, por ejemplo el transmisor, el controlador y el indicador de presión local ( manómetro) o un receptor eléctrico PI, indicado cerca de la válvula de control, quedando como PIT-105, PIC-105, PI-105 y PG-105, ver figura 2.

Figura 2. Lazo cerrado de control de presión

También es posible numerar la instrumentación de acuerdo al área industrial, equipo o planta en donde se encuentra localizada la instrumentación, utilizando el primer dígito del número de la planta como clave de identificación del instrumento, por ejemplo:

  • PIT-100 (en donde el primer dígito 1, indica el número de Área, Equipo o Planta)

Otro criterio es numerar a los instrumentos asignando bloques de número predeterminados, por ejemplo:

  • Para Indicador de temperatura local o termómetros Bimetálicos: TG-100 a 400.
  • Indicador de presión local o Manómetros PG-401 a
  • Para transmisores Indicadores de temperatura: TIT-700 a

Para el caso en donde se tengan 2 instrumentos en el mismo lazo con la misma numeración, generalmente se utilizan los sufijos A y B, ver figura 3. Por ejemplo: Dos válvulas de control de flujo, mientras una está en operación la otra está en espera de ser activada en el lazo cerrado de control de flujo: FCV-100A y FCV-100B.

Figura 3. Identificación de instrumentación con sufijos

¿PERO COMO INICIAR LA NUMERACIÓN EN UN DTI O DTI´s?

Un criterio para empezar a numerar los instrumentos en el DTI es iniciar numerando la instrumentación contenida en el plano (tamaño designado por bases de diseño), del extremo superior de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo; numerando la instrumentación del mismo tipo o variable, con un número consecutivo y así sucesivamente con toda la instrumentación del plano, dejando la misma numeración para los instrumentos que estén asociados a un lazo de control (cerrado ó abierto) como se muestra en la figura 2. Esto es lo más común en proyectos de Plantas de Refinación, Plataformas, Terminales de Almacenamiento y Distribución, etc.

Otro criterio para numerar es verificar las entradas y salidas a equipos dentro del proceso, de tal manera que podrían enumerarse primero los instrumentos en las entradas de los equipos y después la instrumentación a la salida de los equipos. Esto aplica a Equipos Paquete; por ejemplo, una planta PSA, para alimentar el H2 de repuesto a las plantas Hidrodesulfuradoras.

Finalmente los números utilizados para identificar al instrumento dependerán del Proyecto (Bases de Diseño), la experiencia, habilidades y pericia del Técnico especialista de instrumentos para numerar la instrumentación de los DTI´s de una planta industrial.

Tabla 4.1. Letras de identificación

La simbología que se muestra en la tabla 5.1.1 sirve para identificar si el instrumento es local, se encuentra en un PLC o está en un sistema de control. Esta simbología se utiliza para plasmarla en los DTI´s, desplegados Gráficos Dinámicos, planos de los Sistemas Instrumentados de seguridad (PLC, SIS). En la Figura 2 se muestra un ejemplo en donde se indica el lazo cerrado PIC-105 en acuerdo a la tabla 5.1.1 donde se muestra un desplegado compartido, en el Sistema de monitoreo y control indicado como un gráfico dinámico.

Tabla 5.1.1. Dispositivos de instrumentación y símbolos de función

La simbología que se muestra en la tabla 5.1.2 sirve para identificar símbolos de instrumentación que se encuentra en un PLC, señales que llegan a un interlock, funciones de compuertas lógicas y luces piloto.

Tabla 5.1.2. Dispositivos de instrumentación o símbolos de función, misceláneos

En la tabla 5.2.1 se encuentra la simbología para transmisores y elementos primarios de medición. En la figura 5 se muestra la representación de un medidor de flujo Coriolis como elemento primario de medición FE-200, de acuerdo a la tabla 5.2.1.

Tabla 5.2.1. Símbolos de medición: elementos primarios y transmisores

Con la finalidad de ser más específico en la representación del instrumento, la tabla 5.2.2 es utilizada para colocar anotaciones referentes a la medición, estas siglas son ubicadas a un lado de la identificación del instrumento, con la finalidad de ser más específico, ver figura 4.

Figura 4. Elemento primario de medición de temperatura con RTD

De tal forma que si se coloca las siglas RTD a un lado del círculo que identifica al elemento primario de medición como es por ejemplo la identificación TE-100, se está especificando que el elemento de temperatura es un RTD y no un termopar.

Tabla 5.2.2. Símbolos de medición: notaciones de medida (4)

En la tabla 5.2.3, se muestra la simbología de los elementos primarios de medición. En la figura 5 se muestra la medición de flujo utilizando un medidor de flujo másico tipo Coriolis como elemento primario de medición, un transmisor indicador de flujo y su indicación en el sistema de monitoreo y control.

Figura 5. Indicación de flujo utilizando un medidor flujo másico tipo coriolis
Tabla 5.2.3. Símbolos de medición: elementos primarios
Tabla 5.2.3. Símbolos de medición: elementos primarios
Tabla 5.2.3. Símbolos de medición: elementos primarios
Tabla 5.2.3. Símbolos de medición: elementos primarios

En la tabla 5.2.4 se muestra la simbología de la instrumentación secundaria, tales como indicadores de presión (manómetros) e indicadores de temperatura termómetros) PG´s, TG´s, vidrios de nivel LG´s.

Tabla 5.2.4. Símbolos de medición: instrumentos secundarios

En la tabla 5.2.5 se muestra la simbología de dispositivos auxiliares y accesorios de instrumentos, tales como analizadores, acondicionadores de flujo, sellos de diafragma, termpozos, etc.

Tabla 5.2.5. Símbolos de medición: dispositivos auxiliares y accesorios

La simbología mostrada en la tabla 5.3.1 se utiliza para representar el tipo de conexiones de un instrumento al proceso ó equipo. En la figura 2, se indica una conexión genérica del instrumento transmisor de presión PIT-105  a la línea de proceso.

Tabla 5.3.1. Símbolos de línea: conexiones de instrumentos a proceso y a equipos

La simbología mostrada en la tabla 5.3.2 se utiliza para representar el tipo de conexión de un instrumento a otro instrumento. En la figura 6 se indica un transmisor de presión con indicación al sistema digital de monitoreo y control mediante señal inalámbrica, de acuerdo al punto No. 11 de la tabla 5.3.2.

Figura 6. Transmisor Indicador de presión con indicación digital en el SDMC mediante señal inalámbrica
Tabla 5.3.2. Símbolos de línea: conexiones de instrumento a instrumento
Tabla 5.3.2. Símbolos de línea: conexiones de instrumento a instrumento

La tabla 5.4.1 nos muestra la simbología que debe ser utilizada para los elementos Finales de control. En las figuras 2 y 5 se indican los símbolos para una válvula tipo compuerta y válvula tipo globo.

Tabla 5.4.1. Símbolos del elemento final de control
Tabla 5.4.1. Símbolos del elemento final de control
Figura 7. Representación gráfica de un actuador de solenoide para válvula de control modulante
Tabla 5.4.2. Símbolos de actuador del elemento final de control
Tabla 5.4.2. Símbolos de actuador del elemento final de control

La tabla 5.4.3 nos muestra la simbología que debe ser utilizada para los elementos Finales de control autoaccionados.

Tabla 5.4.3. Símbolos del elemento final de control auto-operado
Tabla 5.4.3. Símbolos del elemento final de control auto-operado
Tabla 5.4.3. Símbolos del elemento final de control auto-operado

La tabla 5.4.4 nos muestra la simbología que debe ser utilizada para las indicaciones de posición a falla de la válvula de control.

Tabla 5.4.4. Falla de válvula de control e indicaciones de posición desenergizada

CONCLUSIONES

El estándar ANSI/ISA 5.1 puede utilizarse en la industria química, industria del petróleo, generación de potencia, acondicionamiento de aire y cualquier industria de procesos ya que tiene las herramientas que permiten entender, interpretar y aplicar la simbología e identificación de la instrumentación a cualquier nivel y es utilizado en gran cantidad de documentos de ingeniería; ya sea en un diagrama de tubería e instrumentación (DTI) de una planta o proceso industrial, en un desplegado gráfico, en un diagrama funcional de instrumentos, solo por mencionar algunos documentos.

Así mismo, se les invita a ser miembro ISA, ya que pueden consultar en línea el estándar ISA S5.1, indicado en el presente artículo.

REFERENCIAS

  1. AMERICAN NATIONAL STANDARD ANSI/ISA-5.1-2009, Instrumentation Symbols and Identification, Approved 18 September 2009
  2. Tabla 1 Identificación de letras ANSI/ISA 5.1.
  3. Tabla 1.1  Símbolos  de  dispositivos  de  instrumentación  y  funciones  del ANSI/ISA 5.1.
  4. Tabla 1.2  Símbolos  de  dispositivos  de  instrumentación  y  funciones, misceláneos del ANSI/ISA 5.1.
  5. Tabla 5.2.1 Símbolos de medición: elementos primarios y transmisores del ANSI/ISA 5.1.
  6. Tabla 5.2.2 Anotaciones para símbolos de medición del ANSI/ISA 5.1.
  7. Tabla 5.2.3 Símbolos de medición: elementos primarios del ANSI/ISA 5.1.
  8. Tabla 5.2.4 Símbolos de medición: elementos secundarios del ANSI/ISA 5.1.
  9. Tabla 5.2.5 Símbolos de medición: dispositivos auxiliaries y accesorios del ANSI/ISA 5.1.
  10. Tabla 5.3.1 Símbolos de líneas: conexiones de instrumento a proceso y equipo del ANSI/ISA 5.1.
  11. Tabla 5.3.2 Símbolos de líneas: conexiones de instrumento a instrumento del ANSI/ISA 5.1.
  12. Tabla 5.4.1 Símbolos de elementos finales de control del ANSI/ISA 5.1
  13. Tabla 5.4.2 Símbolos de actuador de elemento final de control del ANSI/ISA 5.1.
  14. Tabla 5.4.3 Símbolos de elemento final de control autoaccionado del ANSI/ISA 5.1.
  15. Tabla 5.4.4 Indicación de posición a falla de la válvula de control del ANSI/ISA 5.1.
  16. Figura 1. Identificación de un transmisor indicador de flujo
  17. Figura 2. Lazo cerrado de control de presión
  18. Figura 3. Identificación de instrumentación con sufijos
  19. Figura 4. Elemento primario de medición de temperatura con RTD
  20. Figura 5. Indicación de flujo utilizando un medidor másico tipo coriolis
  21. Figura 6. Transmisor Indicador de presión con indicación digital en el SDMC mediante señal inalámbrica
  22. Figura 7. Representación gráfica de un actuador de válvula tipo solenoide

ACERCA DE LOS AUTORES

Gerardo Villegas P., Ingeniero Químico, Líder de Especialidad de Instrumentación y Control del Instituto Mexicano del Petróleo, con más de 35 años de experiencia en Proyectos de la Industria de Gas y Petróleo. Expositor de Cursos Medición de Flujo de Hidrocarburos y Elementos Finales de Control de los Procesos de Refinación. Actualmente fue designado Director del Comité de Normas y Prácticas en ISA, MEXICO Sección Central.


Mirna del C. Salgado Azamar., Ingeniero Electrónico en Instrumentación, Especialista de Instrumentación y Control del Instituto Mexicano del Petróleo, con más de 17 años de experiencia en Proyectos de Plantas Industriales. Actualmente colabora como Secretario del Comité de Normas y Prácticas en ISA, MEXICO Sección Central.

0
Compartir:

Dejar un comentario

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.