UNIDAD 1

Objetivos de la instrumentación.

En todos estos procesos, es absolutamente necesario controlar y mantener constantes algunas magnitudes, tales como la presión, el caudal, el nivel, la temperatura, el pH, la conductividad, la velocidad, la humedad, el punto de rocío, etc. Los instrumentos de medición y control permiten el mantenimiento y la regulación de estas constantes en condiciones más idóneas que las que el propio operador podría realizar.

El sistema de control exige pues, para que esta comparación y subsiguiente corrección sean posibles, que se incluya una unidad de medida, una unidad de control, un elemento final de control y el propio proceso. Este conjunto de unidades forman un bucle o lazo que recibe el nombre de lazo de control. El lazo puede ser abierto o bien cerrado.

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 1.1 Terminología de la Instrumentación

Los instrumentos de control empleados en las industrias de proceso tales como química, petroquímica, alimenticia, metalúrgica, energética, textil, papel, etc., tienen su propia terminología; los términos empleados definen las características propias de medida y de control y las estáticas y dinámicas de los diversos instrumentos utilizados:

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• Indicadores, registradores, controladores, transmisores y válvulas de control

La terminología empleada se ha unificado con el fin de que los fabricantes, los usuarios y los organismos o entidades que intervienen directa o indirectamente en el campo de la instrumentación industrial empleen el mismo lenguaje.

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Algunos términos son:

Campo ó Rango.  El campo de medida es el espectro o conjunto de valores de la variable medida que están comprendidos dentro de los límites superior e inferior de la capacidad de medida.Exactitud.

La exactitud es la cualidad de un instrumento de medida por la que tiende a dar lecturas próximas al valor verdadero de la magnitud medida

Precisión. La precisión es la cualidad de un instrumento por la que tiende a dar lecturas muy próximas unas a otras.

Repetibilidad: La repetibilidad es la capacidad de reproducción de las posiciones de la pluma o del índice o de la señal de salida del instrumento, al medir repetidamente valores idénticos de la variable en las mismas condiciones de servicio y en el mismo sentido de variación, recorriendo todo el campo.

Histéresis.  La histéresis es la diferencia máxima que se observa en los valores indicados por el

índice o la pluma del instrumento o la señal de salida para el mismo valor cualquiera del campo de

medida.

Supresión del Cero. Es la cantidad con que el valor inferior del campo supera el valor cero de la variable. Resolución. Es la menor diferencia de valor que el instrumento puede distinguir.

1.2 Variables

Variable de control. Es una variable de proceso que es medida y/o controlada por un sistema de control.

Variable controlada. Es la variable directa a regular, sobre la que constantemente estamos pendientes y a que afecta directamente al sistema del proceso.

Variable incontrolada (wild). Es la que se modifica para afectar directamente a la variable controlada, es la herramienta para modificar la variable directa en el proceso.

1.3 Elementos

El control automatizado en bucle cerrado se lleva a cabo en la actualidad mediante sistemas muy sofisticados, cuyos elementos fundamentales son regulador, transductor, captador, comparador y accionador.

Elementos primarios. Estas se encuentran en contacto con la variable y utilizan o absorben energía del medio controlado para dar al sistema de medición una indicación en respuesta a la variación de la variable controlada. Se clasifican de acuerdo al tipo de señal entrada.

Elementos secundarios. Los elementos secundarios de medición se encargan de recibir la señal proveniente de los elementos primarios y en muchos casos las transforman para transmitirla como una señal eléctrica, neumática, hidráulica etc.

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*Microcontrola

*PLC.

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Elementos terciarios o de control final.  El elemento actuador es el elemento final de control. Es el órgano de mando de una válvula, una compuerta, etc. en el que se encuentran interruptores y relés capaces de obedecer a una señal eléctrica o neumática procedente del regulador y de actuar sobre la planta o proceso modificando alguno de sus parámetros fundamentales de funcionamiento.

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1.4 Instrumentos de medición y errores

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Clasificación de Instrumentos de Medición. Los instrumentos de medición y de control son relativamente complejos y su función puede comprenderse bien si están incluidos dentro de una clasificación adecuada. Como es lógico, pueden existir varias formas para clasificar los instrumentos, cada una de ellas con sus propias ventajas y limitaciones.

En función del instrumento

De acuerdo con la función del instrumento, obtenemos las formas siguientes:

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Instrumentos ciegos. son aquellos que no tienen indicación visible de la variable. Hay que hacer notar que son ciegos los instrumentos de alarma, tales como presostatos y termostatos que poseen una escala exterior con un índice de selección de la variable. Son también instrumentos ciegos los transmisores de caudal, presión, nivel y temperatura sin indicación.

 

Los instrumentos indicadores. disponen de un índice y de una escala graduada en la que puede leerse el valor de la variable. Según la amplitud de la escala se dividen en indicadores concéntricos y excéntricos. Existen también indicadores digitales que muestran la variable en forma numérica con dígitos.

 

Los instrumentos registradores. registran con trazo continuo o a puntos la variable, y pueden ser circulares o de gráfico rectangular o alargado según sea la forma del gráfico.

Los sensores captan el valor de la variable de proceso y envían una señal de salida predeterminada. El sensor puede formar parte de otro instrumento (por ejemplo, un transmisor) o bien puede estar separado. También se denomina detector o elemento primario

Los transmisores. Captan la variable de proceso a travé s del elemento primario y la transmiten a distancia en forma de señal.

En función de la variable de proceso

Expresados en función de la variable del proceso, los instrumentos se dividen en instrumentos de caudal, nivel, presión, temperatura, densidad y peso específico, humedad y punto de rocío, viscosidad, posición, velocidad, pH, conductividad, frecuencia, fuerza, turbidez, etc.

Esta clasificación corresponde específicamente al tipo de las señales medidas siendo independiente del sistema empleado en la conversión de la señal de proceso

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ERRORES: El error de la medida es la desviación que presentan las medidas prácticas de una variable de proceso con relación a las medidas teóricas o ideales, como resultado de las imperfecciones de los aparatos y de las variables parásitas que afectan al proceso.

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Errores de paralaje. que se produce cuando el observador efectúa la lectura de modo que la línea de observación al índice no es perpendicular a la escala del instrumento.

Errores de escala (exactitud). Todo instrumento de medida tiene un límite de sensibilidad. El error de escala corresponde al mínimo valor que puede discriminar el instrumento de medida.

Errores de proceso (montaje). Muchas de las causas del error del proceso se deben al operador, por ejemplo: falta de agudeza visual, descuido, cansancio, alteración es emocionales, entre otros. Este error lo provoca coloración incorrecta de las caras de medición de los instrumentos, con respecto de las piezas por medir.

Errores de calibración. En un instrumento ideal (sin error), la relación entre los valores reales de la variable comprendidos dentro del campo de medida y los valores de lectura del aparato es lineal.

Error del tipo bias (sesgo). Note que en sesgo, el enfoque es sobre un artefacto de alguna parte del proceso de investigación (reunión de sujetos, colección de datos, análisis de datos) que producen un resultado espurio. Sesgo puede ser consiente o inconsciente. En epidemiología, la palabra sesgo no implica, como en su uso común, perjuicio o desviación deliberada de la verdad.

 

 

1.5 Simbología

En instrumentación y control, se emplea un sistema especial de símbolos con el objeto de transmitir de una forma más fácil y específica la información. Esto es indispensable en el diseño, selección, operación y mantenimiento de los sistemas de control.

Para designar y representar los instrumentos de medición y control se emplean normas muy variadas que a veces varían de industria en industria. Esta gran variedad de normas y sistemas utilizados en las organizaciones industriales indica la necesidad universal de una normalización en este campo.

Varias sociedades han dirigido sus esfuerzos en este sentido, y entre ellas se encuentran, como más importantes, la ISA (Instrument Society of America) de la Sociedad de Instrumentos de  Estados Unidos y la DIN alemana, cuyas normas tienen por objeto establecer sistemas de designación (código y símbolos) de aplicación a las industrias químicas, petroquímicas, aire acondicionado, etc.