INSTURMENTACION I

TALLER N°1

INSTRUMENTACION

1. Importancia de la calibración de los equipos. Calibración definición

La calibración es el conjunto de operaciones con las que se establece, en ciertas condiciones específicas, la correspondencia entre los valores indicados en un instrumento, equipo o sistema de medida, o por los valores representados por una medida materializada o material de referencia, y los valores conocidos correspondientes a una magnitud de medida o patrón, asegurando así la trazabilidad de las medidas a las correspondientes unidades básicas y procediendo a su ajuste o expresando esta correspondencia por medio de tablas o curvas de corrección.

Importancia de la calibración.

Para calibrar un instrumento o patrón es necesario disponer de uno de mayor precisión que proporcione el valor convencionalmente verdadero que es el que se empleará para compararlo con la indicación del instrumento sometido a calibración.

El envejecimiento de los componentes, los cambios de temperatura y el estrés mecánico que soportan los equipos deterioran poco a poco sus funciones. Cuando esto sucede, los ensayos y las medidas comienzan a perder confianza y se refleja tanto en el diseño como en la calidad del producto. Este tipo de situaciones puede ser evitado, por medio del proceso de calibración.

La correcta calibración de los equipos proporciona la seguridad de que los productos o servicios que se ofrecen reúnen las especificaciones requeridas. Cada vez son más numerosas las razones que llevan a los fabricantes a calibrar sus equipos de medida, con el fin de:

*Mantener y verificar el buen funcionamiento de los equipos* Responder a los requisitos establecidos en las normas de calidad* Garantizar la fiabilidad y trazabilidad de las medidas2. Procedimientos de calibración.

PROCEDIMIENTOS DE CALIBRACIÓN Y REGISTROSLa calibración de los equipos puede ser realizada dentro de la propia empresa, o contratada a organismos externos de reconocida garantía.

La propia empresa dispone de procedimientos de calibración que describen las operaciones a desarrollar para la calibración interna de sus equipos.

Estos procedimientos son procedimientos de calibración emitidos por el Sistema de Calibración Industrial (S.C.I.) o procedimientos elaborados por la propia empresa basandose en las recomendaciones del WEEC-19 o otras normas o recomendaciones nacionales y/o internacionales, teniendo en cuenta los requisitos exigibles como son:

- Relación con patrones oficiales.

- Operaciones de comparación con estos patrones.

- Operaciones de calibración.

- Condiciones ambientales de calibración (temperatura, humedad...).

- Etc.

Como consecuencia de la realización de una calibración interna, se emitirá un certificado/informe de calibración, pudiendo utilizar el formato que aparecerá al final de cada procedimiento específico de calibración donde se registrarán los datos y condiciones de la calibración.

Una vez efectuada la calibración se etiquetará el equipo con una etiqueta, la cual indicará la conformidad de la misma y en ella constará el certificado/informe de calibración que la validó así como la fecha en que se realizó la calibración y la fecha de su próxima calibración.

En cada ocasión que un equipo sea calibrado, se adjuntará al mismo, y en lugar visible, una etiqueta que indicará la conformidad del mismo. Es admisible no adjuntarla si no hay sitio, pero si existirá la identificación del equipo

Calibración externaEn caso que el equipo deba ser calibrado por un organismo externo, se exigirá el correspondiente certificado, el cual deberá incluir como mínimo los datos reflejados en el modelo de certificado. También suministrará una etiqueta similar a la indicada en apartado anterior.

3. Jerarquía de patrones de medida.

Un patrón puede ser un instrumento de medida, una medida materializada, un material de referencia o un sistema de medida destinado a definir, realizar o reproducir una unidad o varios valores de magnitud, para que sirvan de referencia.Por ejemplo, la unidad de magnitud "masa", en su forma materializada, es un cilindro de metal de 1kg, y un bloque calibrador representa ciertos valores de magnitud "longitud".

*Patrón Primario.

Patrón que es designado o ampliamente reconocido como poseedor de las más altas cualidades metrológicas y cuyo valor se acepta sin referirse a otros patrones de la misma magnitud.

Patrón Nacional

Patrón reconocido por la legislación nacional para servir de base, en un país, en la asignación de valores a otros patrones de la magnitud afectada.Patrón Internacional

Patrón reconocido por un acuerdo internacional para servir de base internacionalmente en la asignación de valores a otros patrones de la magnitud afectada.La custodia del patrón internacional corresponde a la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM) en Sévres, cerca de París. El patrón más antiguo en uso es el prototipo del Kilogramo.

Patrón Secundario

Patrón cuyo valor se asigna por la comparación con un patrón primario de la misma magnitud, normalmente los patrones primarios son utilizados para calibrar patrones secundarios.

Patrón de TrabajoPatrón que se utiliza corrientemente para calibrar o controlar medidas materializadas, instrumentos de medición o materiales de referencia.

Patrón de referenciaPatrón en general, de la más alta calidad metrológica disponible en un lugar dado o en una organización determinada, de la cual se derivan las mediciones efectuadas en dicho lugar. Los laboratorios de calibración mantienen los patrones de referencia para calibrar sus patrones de trabajo.

Patrón de transferenciaPatrón utilizado como intermediario para comparar patrones. Las resistencias se utilizan como patrones de transferencia para comparar patrones de voltaje. Las pesas se utilizan para comparar balanzas.

Patrón viajero

Patrón, algunas veces de construcción especial, diseñado para el transporte entre distintos emplazamientos utilizado para la intercomparación de patrones. Un patrón de frecuencia de cesio accionado por acumulador portátil puede utilizarse como patrón de fuerza viajero.

SIMBOLOGIA INDUSTRIAL

Diagramas de instrumentación.

Diagramas de Proceso e Instrumentación (P&ID)

Normas ISA S5.1 - S5.3

Líneas de instrumentación (se dibujan más finas que las de proceso)

Conexión a proceso, o enlace mecánico o alimentación de instrumentos.

Señal neumática

Señal eléctrica

Señal eléctrica (alternativo)

Tubo capilar

Señal sonora o electromagnética guiada (incluye calor, radio, nuclear, luz)

Señal sonora o electromagnética no guiada

Conexión de software o datos

Conexión mecánica

Señal hidráulica

Designación de instrumentos por círculos:

Montado localmente

Detrás de la consola (no accesible)

En tablero

En tablero auxiliar

Instrumentos para dos variables medidas o instrumentos de una variable con más de una función.

Fuentes de alimentación AS: Air Supply. Ejemplo: SA-100: Aire a 100 psiES: Electric Supply. Ejemplo: ES-24CD: Alimentación de 24V de corriente continua.GS: Gas SupplyHS: Hydraulic SupplyNS: Nitrogen SupplySS: Steam SupplyWS: Water Supply

Identificación de instrumentos: (Ver tabla siguiente)

1ª letra: Variable medida o modificante2ª y 3ª letras: Función de salida, de presentación de datos o modificante.Adicionales: Identificación de lazo de control (Asociado a área o equipo)

Ejemplo:

Designa a un Controlador de Temperatura con capacidad de Indicación asociado al lazo de control Nº 60.

Ejemplos varios:

Tabla de letras de instrumentos y funciones.

Ejemplo de representación de un lazo de control: Lazo de control de presión

Ejercicios de lectura de los P&IDAnalizar el funcionamiento de los siguientes sistemas de control.

1.

2.

3. Notas:

1. Bloque matemático Fv = Fe C

λ(T−Te )

Fv: Flujo de vapor deseadoFe: Flujo de líquido de entrada: Calor sacado del vapor condensadoC: Capacidad calorífica del líquidoL/L: Compensador dinámico

Alarmas LAH Alarma de nivel altoLSL Alarma de nivel bajoLAHH Alarma de nivel alto altoLSLL Alarma de nivel bajo bajoLSH Interruptor (switch) por nivel altoLDA Desviación de set point

Simbología usada en el control digital y distribuido

1. Accesible al operador1.1 Visualización compartida1.2 Visualización y control compartidos1.3 Acceso a la red de comunicaciones1.4 Interfase del operador en la red de comunicaciones

2. Interfase auxiliar2.1 Montado en panel2.2 Estación manual

3. No accesible normalmente al operador3.1 Controlador

3.2 Visualización compartida instalada en campo3.3 Cálculo, acondicionamiento de señal en controlador compartido

Simbología para ordenadores (computadores) cuando son elementos aislados, no parte de un sistema de control distribuido general.

Normalmente accesible. Usado habitualmente para designar la pantalla de video.

Normalmente no accesible.Interfase entrada/salida; Cálculo y acondicionamiento de señal; puede ser un

controlador digital o un módulo de cálculo de software.

Símbolos para control lógico y secuencial

Para elementos no definidos interconectando control lógico o secuencial.

Control distribuido interconectando controladores lógicos con funciones lógicas binarias o secuenciales.No accesible al operador

Idem al anterior accesible al operador

Cálculo o acondicionamiento de señal.

Mediciones con puentes.

Puentes de CCBásicamente un puente de medición es una configuración circuital que permite medirresistencias en forma indirecta, a través de un detector de cero. Los puentes de corrientecontinua tienen el propósito de medir resistencias, de valores desconocidos, utilizando

patrones que sirven para ajustar a cero (equilibrio del puente).La configuración puente consiste en tres mallas. Se disponen de cuatro resistencias,entre ellas la desconocida, de una fuente de corriente continua y su resistencia interna, y ungalvanómetro. Se estudiará la influencia de la sensibilidad del galvanómetro y de la limitaciónde la intensidad de corriente en los brazos del puente, así como la exactitud del puente conrespecto al valor de la incógnita a medir.Existen algunas variantes para medir resistencias muy altas o muy bajas.

PUENTE WHEATSTONE

El puente Wheatstone es un circuito inicialmente descrito en 1833 por Samuel Hunter Christie (1784-1865).

No obstante, fue el Sr. Charles Wheatestone quien le dio muchos usos cuando lo descubrió en 1843. Como resultado este circuito lleva su nombre. Es el circuito más sensitivo que existe para medir una resistencia

El puente de hilo o también (puente de wheatstone) es un instrumento de gran precisión que puede operar en corriente continua o alterna y permite la medida tanto de resistencias óhmicas como de sus equivalentes en circuitos de corriente alterna en los que existen otros elementos como bobinas o condensadores (impedancias). Muchos equipos tienen un puente de wheatestone incorporado, como por ejemplo medidores de presión (manómetros)  en tecnología de vacío, circuitos resonantes (LCR) para detectar fenómenos como la resonancia paramagnética, etc 

El puente Wheatstone es un circuito muy interesante y se utiliza para medir el valor de componentes pasivos como las resistencias (como ya se había dicho). El circuito es el

siguiente: (puede conectarse a cualquier voltaje en corriente directa, recomendable no más de 12 voltios).

Cuando el puente se encuentra en equilibrio:

R1 = R2 y Rx = R3    de donde                                                                 R1 / Rx  =  R2 / R3En este caso la diferencia de potencial (la tensión) es de cero "0" voltios entre los puntos A y B, donde se ha colocado un amperímetro, que muestra que no pasa corriente entre los puntos A y B  (0 amperios) Cuando Rx = R3  VAB = 0 voltios y la corriente = 0 amperios

Si no se conoce el valor de Rx, se debe equilibrar el puente variando el valor de R3. Cuando se haya conseguido el equilibrio Rx será igual a R3 (Rx = R3). R3 debe ser una resistencia variable con una carátula o medio para obtener valores muy precisos.Ejemplo:Si R1 y R2 = 1 KΩ (Kilohmio) y R3 = 5 KΩ, Rx deberá de 5 KΩ para lograr que el voltaje entre A y B (VAB) sea cero (corriente igual a cero)

Así, basta conectar una resistencia desconocida (Rx) y empezar a variar R3 hasta  que la corriente entre A y B sea cero. Cuando esto suceda, el valor de RX será  igual al valor de R3

Una aplicación muy interesante del puente Wheatstone en la industria es como sensor de temperatura, presión, etc. (dispositivos que varían el valor de sus resistencias de acuerdo a la variación de las variables antes mencionadas).

Es en el amperímetro donde se ve el nivel o grado de desbalance o diferencia que hay entre el valor normal a medir y la medida real.

También se utiliza en los sistemas de distribución de energía eléctrica donde se lo utiliza para detectar roturas o fallas en las líneas de distribución

PUENTE KELVINEl puente Kelvin es una modificación del Wheatstone y proporciona un gran incremento en la exactitud de las mediciones de resistencias de valor bajo, y por lo general inferiores

a 1 ohm. Considérese el circuito puente de la figura 5-4, donde Ry representa la resistencia del alambre de conexión de R3 a Rx. Son posibles dos conexiones del galvanómetro, en el punto m ò en el punto n. Cuando el galvanómetro se conecta en el punto m, la resistencia Ry del alambre de conexión se suma a la desconocida Rx, resultando una indicación por arriba de Rx. Cuando la conexión se hace en el punto n, Ry se suma a la rama del puente R3 y el resultado de la medición de Rx será menor que el que debería ser, porque el valor real de R3 es más alto que su valor nominal debido a la resistencia Ry. Si el galvanómetro se conecta en el punto p, entre m y n, de tal forma que la razón de la resistencia de n a p y m a p iguale la razón de los resistores R1 y R2, entonces.

Hay algunos dispositivos comerciales alcanzar precisiones de 2% para los rangos de resistencia 0,000001 a 25 ohmios. A menudo, ohmímetros incluyen puentes Kelvin, entre otros instrumentos de medición, con el fin de obtener rangos de gran medida, por ejemplo, el Valhalla 4100 ATC de bajo rango ohmiómetro

Los instrumentos para medir los valores sub-ohmios se refieren a menudo como ohmímetros de baja resistencia, mili-óhmetros, micro-óhmetros, etc 

PUENTE DOBLE KELVIN

El termino puente doble se usa debido a que el circuito contiene un segundo juego de tramas de relación figura 5-5. Este segundo conjunto de ramas, marcadas a y b en el diagrama, se conectan al galvanómetro en el punto p con el potencial apropiado entre m y n, lo que elimina el efecto de la resistencia Ry. Una condición establecida inicialmente es que la relación de la resistencia de a y b debe ser la misma que la relación de R1 y R2.

La indicación del galvanómetro será cero cuando el potencial en k sea igual al potencial en p, o cuando Ekl = Eimp, donde.

PUENTE DE MAXWELL

El puente Maxwell (o puente Maxwell-Wien) es un circuito electrónico parecido al puente de Wheatstone más básico, con solo resistencias. Este puente es utilizado para medir inductancias (con bajo factor Q).

Siguiendo las referencias de la imagen, R1 y R4 son resistencias fijas y conocidas. R2 y C2 son variables y sus valores finales serán los que equilibren el puente y servirán para calcular la inductancia. R3 y L3 serán calculados según el valor de los otros componentes:

Para evitar las dificultades al precisar el valor del condensador variable, este se puede sustituir por uno fijo y colocar en serie una o más resistencias variables.

La complejidad adicional de usar un puente Maxwell sobre otros más simples se justifica donde hay inductancia mutua o interferencia electromagnética. Cuando el puente esté en equilibrio la reactancia capacitiva será igual a la reactancia inductiva, pudiéndose determinar la resistencia e inductancia de la carga (R3 yL3).

PUENTE DE ANDERSON

Una forma modificada de puente de Maxwell utilizada para la medida de inductancias en términos de capacitancia y resistencia. Como se muestra en la figura el puente posee una resistencia adicional R5. Las condiciones de equilibrio (que son independientes de la frecuencia) son:

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