Taller Instrumentacion v3.1
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1.2. CARACTERISTICAS DE LOS INSTRUMENTOS
Las características de mayor importancia para los instrumentos son:
Campo de medida o rango.
Alcance (spam).
Error.
Exactitud.
Precisión.
Zona muerta.
Saturación.
Repetitividad.
Histéresis.
1.2.1. Campo de medida o rango
Es el conjunto de valores dentro de los límites superior e inferior de medida, en los cuales el instrumento es capaz de trabajar en forma confiable. Por ejemplo, un termómetro de mercurio con un rango de 0 – 50 grados Celsius.
1.2.2. Alcance (span)
Es la diferencia algebraica entre el valor superior e inferior del rango de medida.
Para el caso del termómetro de ejemplo anterior será de 50 grados Celsius
1.2.3.Error
Es la diferencia que existiría entre el valor que el instrumento indique que tenga la variable de proceso, y el valor que realmente tenga esta variable en ese momento.
1.2.4. Tipos de errores.
Los errores se pueden presentar por origen humano, cuando tomamos una mala lectura, ajustes incorrectos, aplicación inapropiada, equivocación en los cálculos de diseño entre otros.
Errores sistemáticos: se deben a fallas de los instrumentos, como partes defectuosas o gastadas y efectos ambientales sobre el equipo.
Errores aleatorios: generalmente son la acumulación de un gran número e errores cuyo origen es difícil de identificar. Estos errores son de preocupación cuando se requiere de un gran grado de exactitud. Y para determinar su grado de incidencia en un proceso se establece estadísticamente su comportamiento.
1.2.5 Precisión
En las especificaciones de un sensor, esto realmente quiere decir la falta precisión. Esta es la razón de la máxima desviación de un valor representado por el sensor con respecto al valor real. Normalmente este
valor se da en porcentaje % de span.
1.2.6 Resolución.
Es la tolerancia mínima de medida que permitiría indicar, registrar o controlar el instrumento. Es decir es la mínima división de escala de un instrumento indicador. Generalmente esta se expresa en porcentaje (%) de span. La precisión del instrumento indica la capacidad de un instrumento para reproducir cierta lectura con una exactitud dada.
Ejemplo precisión y resolución
Se está midiendo un voltaje conocido de 100v. Se toman 5 lecturas con un voltímetro y los valores encontrados son 104, 103, 105,103, 105. Su span es de 100V.
Cuál es la precisión y resolución del instrumento del instrumento.
Ya que la desviación máxima del instrumento es de 5v de la entrada real de 100v, se tiene una precisión de 5%, La resolución del instrumento es del 1 %.
1.2.7 Zona muerta
Es el campo de variación de la variable en el proceso de real, para el cual el instrumento no registra ninguna variación, registro o control.
1.2.8 Saturación
Es el área en la cual el instrumento ha sobrepasado su capacidad máxima de operación por lo que se presenta un comportamiento distinto a la operación normal y por lo tanto no confiable.
1.3. CLASIFICACIÓN DE LOS INSTRUMENTOS.
Según su función los instrumentos se pueden clasificar:
1.3.1 Instrumentos registradores: en algunos casos podrá ser necesario un registro histórico de la variable que se estudia en un determinado proceso. En este caso, se usaran instrumentos de este tipo. .
1.3.2 Elementos primarios: algunos elementos entran en contacto directo con el fluido o variable de proceso que se desea medir, con el fin de recibir algún efecto de este (absorben energía del proceso), y por este medio pueden evaluar la variable en cuestión.
1.3.3 Sensor: Un sensor es un dispositivo que recibe una señal o estímulo y responde con una señal física diferente. Esto es independiente de si el sensor requiere excitación o no para generar la señal. Ejemplos: Sensor piezoeléctrico, termopar, galga extensiométrica etc.
1.3.4 Controladores: este es uno de los elementos más importante, ya que será el encargado de ejercer la función de comparar lo que está sucediendo en el proceso, con lo que realmente se desea que suceda en él, para posteriormente, en base a la diferencia, envié una señal al proceso
que tienda a corregir las desviaciones. 1.3.5 Elemento final de control: será este elemento quien reciba la señal del controlador y quien
estando en contacto directo con el proceso en línea, ejerza un cambio en este, de tal forma que se cambien los parámetros hacia el valor deseado. Ejemplo: válvulas de control, compuertas, etc.
1.3.6 Transmisores: estos elementos reciben la variable de proceso a través del elemento primario, y la transmiten a algún lugar remoto. Estos transmiten las variables de proceso en forma de señales proporcionales a esas variables.
1.3.7 Transductores: son instrumentos fuera de línea (no en contacto con el proceso), que son capaces de realizar operaciones lógicas y/o matemáticas con señales de uno o más transmisores. Paquete manufacturado que produce un voltaje de salida correspondiente a una variable o estímulo de entrada. Ejemplos: Celdas de carga, acelerómetros, etc.
1.3.8 Convertidores: en ciertos casos, la señal de un transmisor para ser compatible con lo esperado por el receptor de esa señal, en ese caso se utilizara un elemento convertidor para lograr la ante mencionada compatibilidad de señal
1.3.9 Receptores: son los instrumentos que generalmente son instalados en el panel de control, como interface entre el proceso y el hombre. Estos reciben las señales de los transmisores o de un convertidor.
Según su ubicación los instrumentos se clasifican:
1.3.11. Instrumentos de Campo. Los instrumentos de campo hacen referencia a los instrumentos locales situados
en el proceso o en sus proximidades (es decir, en tanques, tuberías, la planta industrial, etc.)
1.3.12. Instrumentos de panel. los instrumentos de panel hacen referencia a los instrumentos montados en
paneles o armarios situados en las aisladas que pueden estar dentro de la planta industrial o totalmente alejados.
1.4 . GLOSARIO
En la industria, se debe hablar “el mismo idioma” en lo que se refiere a Automatización, Instrumentación y Control. Por esto, reseñamos un pequeño diccionario de los conceptos que regularmente se usan:
Alarma: Es un dispositivo o función que detecta la presencia de una condición anormal por medio de una señal audible o un cambio visible discreto, o puede tratarse de ambas señales al mismo tiempo, las cuales tienen el fin de atraer la atención
Asignable: Este término se aplica a una característica que permite el cambio (o dirección) de una señal de un dispositivo a otro sin la necesidad de la activación de un switch o algún otro elemento.
Estación auto‐manual: Término empleado como sinónimo de estación de control.
Binario: Término aplicado a una señal o dispositivo que tiene solo dos posiciones o estados discretos. Cuando es usado en su forma más simple, como en “señal binaria” (lo que es opuesto a señal analógica), el término denota un estado de “encendido‐apagado” o de “alto‐bajo”.
Board: Término en inglés el cual se interpreta como sinónimo de panel.
Dispositivo computable o de cómputo: Dispositivo o función que emplea uno o más cálculos u
operaciones lógicas, o ambas, y transmite uno o más resultados a las señales de salida.
Configurable: Término aplicado a un dispositivo o sistema cuyas características funcionales pueden ser seleccionadas a través de un programa o de otros métodos.
Controlador: Dispositivo con una salida que varía para regular una variable de control de una manera específica. Un controlador manual varía su salida automáticamente en respuesta a una entrada directa o indirecta de un proceso variable. Un controlador manual es una estación manual de carga y su salida no depende de una medida de un proceso variable pero puede variarse solamente por medio de un procedimiento manual.
Válvula de control: Es un dispositivo, el más comúnmente usado, que actúa manualmente o por sí mismo, que directamente manipula el flujo de uno o más procesos.
Convertidor: Es un dispositivo que recibe información en determinada manera de un instrumento y transmite una señal de salida en otra forma. Un convertidor es también conocido como transductor, de cualquier forma, transductor es un término general, y su uso para conversión de señales no es recomendado.
Digital: Término aplicado a una señal o dispositivo que usa dígitos binarios para representar valores continuos o estados discretos.
Elemento final de control: Dispositivo que controla directamente los valores de la variable manipulada en un lazo de control. Generalmente el elemento final de control es una válvula de control.
Instrumentación: Colección de instrumentos o sus aplicaciones con el fin de observar mediciones, control, o cualquier combinación de estos.
Panel local: Que no está en un panel central, los paneles locales están comúnmente en el ámbito de subsistemas de plantas o sub‐áreas. El término instrumento local de panel no puede ser confundido con instrumento local.
Lazo: Combinación de uno o más instrumentos o funciones de control que señalan el paso de uno a otro con el propósito de medir y/o controlar las variables de un proceso.
Medida: Determinación de la existencia o magnitud de una variable.
Panel: Estructura que tiene un grupo de instrumentos montados sobre ella. El panel puede consistir de una o varias secciones, cubículos, consolas o escritorios.
Elemento primario: Sinónimo de sensor.
Proceso: Es cualquier operación o secuencia de operaciones que involucren un cambio de energía, estado, composición, dimensión, u otras propiedades que pueden referirse a un dato.
Variable de proceso: Cualquier propiedad variable de un proceso. El término variable de proceso es usado en como un standard para la aplicación a todas las variables.
Controlador lógico programable: Un controlador, usualmente con entradas y salidas múltiples que contiene un programa alterable, es llamado de esta manera o comúnmente conocida como PLC.
Relay: Dispositivo cuya función es pasar información sin alterarla o solo modificarla en determinada forma. Relay es comúnmente usado para referirse a dispositivos de cómputo.
Sensor: Parte de un lazo o un instrumento que primero detecta el valor de una variable de proceso y que asume una correspondencia, predeterminación, y estado inteligible o salida. El sensor puede ser integrado o separado de un elemento funcional o de un lazo. Al sensor también se le conoce como detector o elemento primario.
Set point: El set point, punto de referencia o consigna; puede ser establecido manualmente, automáticamente o programado. Su valor se expresa en las mismas unidades que la variable controlada.
Switch: Dispositivo que conecta, desconecta, selecciona, o transfiere uno o más circuitos y no está
diseñado como un controlador, un relay o una válvula de control.
Punto de prueba: Proceso de una conexión el cual no está permanentemente conectado, su conexión es solamente temporal o intermitente a un instrumento.
Transductor: Término general para un dispositivo que recibe información en forma de uno o más cuantificadores físicos, modificadores de información y/o su forma si requiere, y produce una señal de salida resultante. Dependiendo de la aplicación un transductor puede ser un elemento primario, un transmisor un relay, un convertidor u otro dispositivo. Porque el término transductor no es específico, su uso para aplicaciones específicas no es recomendado.
Transmisor: Dispositivo que detecta la variable de un proceso a través de un sensor y tiene una salida la cual varía su valor solamente como una función predeterminada de la variable del proceso. El sensor puede estar o no integrado al transmisor. *1
ACTIVIDADES
Resolver las siguientes preguntas:
1. La instrumentación es la ventana que nos permite conocer cómo se comporta un proceso, ante determinados estímulos. la anterior afirmación es: a. Verdadera. b. Falsa.
2. Si un termómetro puede dar lecturas con temperaturas de ‐15⁰C hasta 15⁰C. Su alcance o Span será de: a. 0⁰C. b. 30⁰C c. 15⁰C d. ‐15⁰C.
3. Un sensor de presión puede dar lecturas confiables para presiones entre los 10psi y los 450psi.El rango de medida del sensor será de:
4. Si un Voltímetro es utilizado para medir una diferencia de potencial eléctrico conocido de 440 Voltios, y nos arroja las siguientes lecturas: 445.3v, 438.9v, 441.5v, 440.8v. Cuál será su precisión y resolución?, si tiene un rango entre 0v y 1000v.
5. Relacione correctamente las siguientes definiciones:
a. Configurable. ___ Punto de referencia puede ser establecido manualmente, automáticamente o programado. Su valor se expresa en las mismas unidades que la variable controlada.
b. Controlador lógico programable.
___ Término aplicado a un dispositivo o sistema cuyas características funcionales pueden ser seleccionadas a través de un programa o de otros métodos.
c. Set point. ___ Término aplicado a una señal o dispositivo que usa dígitos binarios para representar valores continuos o estados discretos.
d. Digital. ___ Es un dispositivo o función que detecta la presencia de una condición anormal por medio de una señal audible o un cambio visible discreto, o puede tratarse de ambas señales al mismo tiempo, las cuales tienen el fin de atraer la atención
e. Alarma. ___ Un controlador, usualmente con entradas y salidas múltiples que contiene un programa alterable, es llamado de esta manera o comúnmente conocido como PLC.
6. Con base un proceso industrial que conozca:
a. Descríbalo textual o gráficamente. b. Enumere los posibles escenarios del mismo. c. Para cada uno de los escenarios, indique cuales son las variables a medir y por qué. d. Cuáles son los factores (Ambientales, seguridad etc.) a tener en cuenta a la hora de elegir,
qué instrumentación usar para el proceso que escogió. e. Sustentar en clase.
*1. Tomado del libro Instrumentación Industrial, Creus Antonio, 6 Ed Alfaomega 1997.