Tema 1Instrumentación

Industrial Ing. Nelson Yañez

Diplomado en Instrumentación y Control Avanzado de Procesos

Industriales

Medida de variables de proceso y niveles de incertidumbre

• ¿Qué es la instrumentación?• ¿Porqué es importante?• ¿Qué relación guarda con el

control de un proceso?• ¿Cuáles son las características

básicas de un instrumento?• ¿En que influye la selección

correcta de un instrumento?

Instrumentación Industrial

La instrumentación es una especialidad referente a los instrumentos de medición, principalmente a los utilizados industrialmente, y forma parte primordial dentro de un sistema enfocado al control de un proceso industrial, por lo que generalmente un instrumentista es un especialista en instrumentación y control.

¿Qué es la instrumentación?

Un buen conocimiento de la especialidad redunda en una buena especificación y selección de la instrumentación óptima en un proceso industrial, lo cual contribuirá como un factor importante en el aumento de la calidad y la eficiencia en la producción.

¿Porqué es importante?

Aumentar la confiabilidad y seguridad en los procesos de producción mediante: detección temprana de condiciones de alarma, supervisión y control continuo de procesos de alto riesgo, verificación del estado de las instalaciones, seguimiento de las condiciones de operación, etc.

¿Qué se logra?

La cuantificación de las cantidades se realiza a través de dispositivos que emiten señales dependientes por lo general del cambio en la cantidad involucrada, definiéndose entonces la señal como un estimulo externo o interno a un sistema que condiciona su comportamiento.

¿Como se logra?

Matemáticamente la señal serepresenta como una función de unao mas variables independientes quecontienen información acerca de lanaturaleza o comportamiento dealgún fenómeno, los sistemasresponden a señales particularesproduciendo otras señales.

¿Como se logra?

En un proyecto, generalmente estos datos se toman del diagrama de flujo de proceso y del diagrama de tubería e instrumentación, en el que se indican las condiciones de operación de los puntos importantes del proceso y las características de los recipientes y de las líneas de tubería.

¿Qué relación guarda con el control de un proceso?

Toda industria que maneja procesosrequiere cuantificar las cantidades deproductos que entran o salen de unrecipiente, tubería o sencillamente deun espacio limitado por bordesvirtuales, en plantas de procesos por logeneral hay que medir también laspropiedades (temperatura, presión,masa, densidad, etc.).

¿Procesos en la Industria?

La medición de las cantidadesinvolucradas permite controlar elproceso, agregando otrocomponente a la mezcla,reduciendo o incrementando latemperatura y/ o la presión, en fin,permite tomar decisiones acercadel paso siguiente para lograr unobjetivo.

Medición de las Cantidades

Las cantidades o características que semiden (las cuales sirven de base decontrol) se denominan variables,frecuentemente reciben el nombre devariables de medición, variables deinstrumentación o variables de proceso.Existen variables dependientes eindependientes.

Las Variables

Las características que se miden, lasvariables de medición, se han clasificadosegún el campo a la cual están dedicados,así entonces se pueden establecer:• Variables térmicas• Variables de radiación• Variables de fuerza• Variables de velocidad• Variables de tiempo• Variables geométricas• Variables de propiedades físicas• Variables de composición química• Variables eléctricas

Clasificación de las Variables

Fundamentalmente las características basicas de un instrumento se basan en las consideraciones de proceso, a la importancia del dato de medición en el proceso y al aspecto económico.

¿Cuáles son las características básicas de un instrumento?

Es importante conocer el principio de medición de los diferentes tipos de medidores y los cálculos necesarios de los elementos primarios para obtener el máximo rendimiento costo beneficio de ellos y así disminuir el error en la medición.

¿En que influye la selección correcta de un instrumento?

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El control del proceso se refiere a los métodos que se utilizan para controlar las variables de proceso en la fabricación de un producto. Por ejemplo, factores tales como la proporción de un componente a otro, la temperatura de los materiales, lo bien que los ingredientes se mezclan, y la presión bajo la cual los materiales se llevan a cabo pueden afectar significativamente la calidad de un producto final. Por lo que el control de proceso en la producción tienen 3 importantes razones:Reducir la variabilidad Aumentar la eficienciaGarantizar la seguridad

Introducción al Control de Proceso

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Reducir la variabilidad

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Aumentar la eficiencia

Algunos procesos deben mantenerse en un punto específico para maximizar la eficiencia. Por ejemplo, un punto de control puede ser la temperatura a la que una reacción química se lleva a cabo. El control preciso de la temperatura se asegura la eficiencia del proceso. Fabricantes de ahorrar dinero al reducir al mínimo los recursos necesarios para producir el producto final.

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Garantizar la seguridad Una fuga de proceso, como una reacción fuera de control, sea nuclear o química, podría ocurrir si los operadores no mantienen un control preciso de todas las variables de proceso. Las consecuencias de una fuga de proceso podría ser catastrófico. El control preciso del proceso también puede ser necesario para garantizar la seguridad. Por ejemplo, mantener la presión de la caldera adecuada mediante el control del flujo de aire utilizado en la combustión, el nivel de agua, la salida de los gases de escape que es crucial en la prevención de implosiones de la caldera que claramente puede amenazar la seguridad de los trabajadores.

Los procesos de control están envueltos de variables que se desean mantener en un valor deseado. Dichas variables entran y salen del mismo proceso por ejemplo: caudales, temperaturas, niveles, composiciones, etc. Para cada una de estas variables se establecerá un valor deseado llamado punto de ajuste o punto de referencia.Las perturbaciones son también entradas al proceso pero sobre las que no se pueden actuar y tienden a llevar a las variables controladas fuera de sus condiciones deseadas.

Introducción al Control de Proceso

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Será entonces necesario contar con algún sistema de control para ajustar las variables manipuladas a manera de mantener las variables controladas en su valor deseado a pesar de las perturbaciones.

También puede ser necesario modificar los valores deseados requiriéndose entonces modificar las variables manipuladas para llevar las variables controladas a sus nuevos valores.

Introducción al Control de Procesos

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Variables Envueltas en el Control de Un Proceso

SISTEMAS DE CONTROLExisten 5 tipos:1. Control realimentado manual:

El operador observa (sensa) el valor real de la variable controlada.

Lo compara con el valor deseado.

Toma una decisión (controla).

Modifica (actúa) el valor de la variable manipulada.

El operador efectúa entonces todas las labores requeridas dentro del lazo de control realimentado.

2. Lazo realimentado automáticamente

Dispositivo de medición (SENSOR).

El valor es entonces transmitido

(TRANSMISOR)

Al equipo de control (CONTROLADOR)

Las valores de corrección son enviados a los elementos finales de control (ACTUADOR-

ELEMENTO FINAL)

Este esquema establece un lazo cerrado de realimentación base fundamental de su funcionamiento.

3) Control de lazo abierto (prealimentado, en avance, en adelanto)El operador debe conocer cuando y como ajustar la variable manipulada para compensar los efectos de las perturbaciones en forma exacta.

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4)Control prealimentado automáticoDeben existir sensores para medir las perturbacionesentrando al proceso. Basado en los valores medidos de lasperturbaciones, el valor deseado de la variable controladay de la información del proceso incorporada a él, el controlprealimentado calcula el valor requerido de la variablemanipulada para eliminar el efecto de las perturbaciones.

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5)Control realimentado

Justificación Económica del Control de procesoJustificación basada en:Operación seguraSe cubren las restricciones medioambientalesBeneficios Económicos(ej. Incremento del nivel de

producción, reducción en el costo de las materias primas o incremento en la calidad del producto)

Extensión de la vida útil de los equipos

Ejemplo:

Validación de la producción en el tiempo: (a) Antes de las mejoras de control; (b) después. La variable de operación es el % de etano.

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El lazo de control Imagínese que usted está sentado en una cabina frente a una pequeña fogata en una fría noche de invierno. Usted se siente incómodo con el frío, por lo que lanza otro leño al fuego. Esto es un ejemplo de un lazo de control. En el lazo de control, una variable (la temperatura) cayó por debajo del valor (su nivel de confort), y tomó medidas para que el proceso retorne a la condición deseada, añadiendo más leña al fuego. El lazo de control ahora se mantendrá estable, hasta que la temperatura suba de nuevo por encima o caiga por debajo de su nivel de comodidad.

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Tres Funciones Primordiales

Los lazos de control en los procesos de trabajo en la industria funcionan de la misma manera, lo que se requiere es que se realicen tres tareas importantes que son las siguientes:

Medición Comparación Ajuste