Tema 1: Introducción a la Instrumentación Industrial

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2 Profesor Miguel Ramírez F. Instrumentación Industrial 2

INTRODUCCION

• El gran desarrollo tecnológico actual en

donde un gran número de productos

nuevos impactan continuamente a la

gente en los diferentes ámbitos sociales y

esto en gran manera se debe a que la

mayoría de los procesos que involucran a

éstos procesos deben tener un

excelente control en el proceso

mismo.

Introducción (2)

• En

la industria se utiliza frecuentemente el

concepto de Sistemas de Control

y esto es

debido a que

en la industria existen dentro de

sus procesos,

variables importantes que

deberán ser controladas

o dirigidas de tal

manera que el

producto final cumpla con

los estándares o normas

de tal forma que

el usuario

consumidor se encuentre

satisfecho

para sí mismo o bien que sea un

insumo de buena calidad

que se integre a otro

proceso e inclusive el tratamiento de éstas

variables deberán ser de tal modo que brinde

una

mayor confiabilidad y seguridad al

personal involucrado.

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Campos de la Industria

Productor Básico

Recurso Natural Materia Prima

Manufacturera Pieza no ensamblada Productor Básico Producto Terminado Transformación Materia Prima Pieza no ensamblada Industria

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Giros de la Industria

Manufacturera Metalmecánica Farmacéutica Automotriz Del Plástico Cerámica Siderúrgica Papelera Etc. 6 Profesor Miguel Ramírez F. Instrumentación Industrial 6

Enfoque de Sistemas

PROCESO Reducción Era de las Máquinas Causa-Efecto Mecanicismo ENFOQUE DE SISTEMAS 7 7

Era de las Maquinas:

Reduccionismo: Reducción

Descomposición en elementos simples últimos, partes indivisibles tal como

el átomo en física, células en biología, sustancias simples en química e individuo en sociología. Origino el Análisis y por lo tanto el pensamiento analítico y se manejó análisis como sinónimo de pensamiento.

El análisis consiste en:

•Descomponer el total en partes independientes e indivisibles de

la cual esta compuesto

•Explicar el comportamiento de las partes

•Agregar estas explicaciones parciales en una explicación del

todo

•Nacen ideas como División del Trabajo, Estructura organizacional •El entender el mundo se basaba en la suma o el resultado de sus

partes y que eran conceptualizadas tan independientes una de otra como era posible. Y nacieron disciplinas virtualmente independientes

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Mecanicismo:

Causa-Efecto.

Todo fenómeno podía ser explicado usando

solamente una relación final simple,

causa-efecto

. Un evento era tomado

como la causa de otro. Por lo cual no se

tomaba en cuenta el medio ambiente

Era de enfoque de Sistemas

Conjunto de elementos de cualquier clase

interrelacionadas

, por ejemplo conceptos

como el sistema numérico, objetos como en un

sistema telefónico o en el cuerpo humano.

Se requiere:

Al menos una propiedad o comportamiento de

cada parte del conjunto tiene un efecto en

las propiedades o el comportamiento del

conjunto como un todo

. Por ejemplo, cada

órgano del cuerpo humano afecta el

funcionamiento de todo el cuerpo

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Enfoque de Sistemas: Requerimientos

• Las propiedades y el comportamientode cada parte

así como la forma en que éstas afectan el todo, dependen de las propiedades y del comportamiento de al menos otra parte del conjunto. De aquí que

ninguna parte puede tener un efecto independiente en el todo. Por ejemplo, el efecto que el corazón tiene en el cuerpo, depende a su vez del comportamiento de los pulmones.

• Cada posible subgrupo de elementos en el conjunto

tiene las primeras dos propiedades. Cada uno tiene

un efecto, y ninguno tiene un efecto independiente en el todo. De aquí que los elementos no puedan ser organizados en subgrupos independientes.

• Un sistema es más que la suma de sus partes es un

todo indivisible. Nace el pensamiento sintético, algo a

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Enfoque de Sistemas: Definición

El tratamiento de la materia en cuestión se

desarrollará tomando fundamentalmente

el enfoque de sistemas y haciendo un

resumen breve diremos:

• Un Sistema es un conjunto de

elementos interrelacionados entre sí

que actúan como tal y cumple con un

objetivo bien determinado.

SISTEMA DE CONTROL

Un

Sistema de Control

es un conjunto de

elementos interrelacionados entre sí que

permite comandar, regular o dirigir a

otro sistema o a si mismo

dinámicamente y pueden ser de lazo o

bucle abierto o bien de lazo o bucle

cerrado.

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Sistema lazo abierto y lazo cerrado

SISTEMA Entrada Lazo Abierto Salida SISTEMA Entrada Lazo Cerrado SISTEMA De Control Salida

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Sistema Abierto

• Al Sistema de lazo abierto también se le puede

representar de la siguiente manera:

Lazo Abierto SISTEMA Proceso Unidad Dinámica Planta Entrada Convertidor ó Transductor Selección Referencial Salida 15 Profesor Miguel Ramírez F. Instrumentación Industrial 15

Señales

• Es importante definir que en cualquier sistema

para su actuación final se requieren de

estímulos, es decir de señales que conlleven

información útil al sistema en cuestión por lo

que podemos definir que las entradas de un

sistema son señales y éstas son estímulos

que predisponen a actuar al sistema de tal

forma que se produzca una respuesta, ésta

predisposición de actuación la conocemos

como función de transferencia.

16 16 Manipulación de las Variables de un Sistema de Control

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Variables

• En cada proceso y dependiendo del tipo de

industria se tendrán diferentes variables de

interés específico que deberán ser:

• Medidas,

• Indicadas,

• Transmitidas y

• Controladas

• Para lo cual se han desarrollado instrumentos

específicos que pueden realizar una, varias o

todas las actividades antes mencionadas.

Variables

• En un proceso industrial,

los

instrumentos son empleados para

registrar de algún modo una o más

variables importantes y que tienen

un conjunto de características

propias de medida y de control,

además de las características

estáticas y dinámicas.

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Definiciones

• Medir una variable significa compararla con una unidad de medida para ver cuantas veces está contenida esta última en la primera. Por ejemplo, el metro es la unidad de medida de longitud del Sistema Internacional, que originalmente se estableció como la diezmillonésima parte del cuadrante del meridiano terrestre, y hoy, con más precisión, se define como la longitud del trayecto recorrido en el vacío por la luz durante un tiempo de 1/299 792 458 de segundo. • Medición: Proceso de medir, empleo de un instrumento

que permite medir una variable.

• Instrumento: Dispositivo empleado para determinar el valor o magnitud de una cantidad o variable

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Definiciones

• Instrumentación: Técnica que tiene por objeto el estudio de instrumentos o aparatos de control automático

• Rango: Espectro o conjunto de valores de la variable medida que están comprendidas dentro del límite superior e inferior de la capacidad media o de transmisión del instrumento. Se expresa estableciendo los dos valores extremos

• Calibración: Es la verificación del instrumento contra un patrón o estándar conocido para reducir los errores de exactitud.

• Exactitud: Indica la desviación de una lectura con respecto a una lectura conocida. La exactitud puede mejorarse por medio de la calibración pero no más allá de la precisión del instrumento.

Definiciones

• Precisión

: Es la tolerancia de medida o

transmisión del instrumento y define los

límites de los errores cometidos cuando el

instrumento es empleado en condiciones

normales de operación y servicio.

Generalmente se da en porcentaje de

acuerdo al alcance o rango, de acuerdo a

la unidad de la variable, de acuerdo a la

lectura o de acuerdo al valor máximo.

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Definiciones

Error

: Es la diferencia algebraica entre el valor

leído o transmitido por el instrumento y el

valor real de la variable medida,

Pueden ser:

• Brutos

(errores humanos, mala lectura, mal

ajuste o calibración, mala operación o de

cálculo o computo)

• Sistemáticos

(desgaste o defecto o efecto del

medio ambiente) y

• al azar

(los que no se pueden establecer

directamente).

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Instrumento

• El diccionario define este termino como:

• “

Máquina o herramienta que sirve para

producir cierto trabajo

”. Pero que

también podemos definir como

Dispositivo que se emplea para

determinar el valor o magnitud de una

cantidad o variable

Clasificación de los Instrumentos

• Los instrumentos pueden clasificarse bajo

dos enfoques:

• Funciones del Instrumento

• Funciones de la Variable

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En función del Instrumento

Visual

• Instrumentos Ciegos: por ejemplo los termostatos , presostátos (interruptores de presión y temperatura respectivamente) y generalmente lo son los instrumentos dedicados a indicar alguna alarma. También lo pueden ser los Transmisores de caudal, presión, temperatura, nivel y que no indican visualmente su medida.

• Instrumentos Indicadores: Integran algún elemento visible para observar el valor de la variable inclusive de forma digital mediante desplegadores como los de 7 segmentos.

• Instrumentos Registradores: registran en forma continua y generalmente en papel o almacenamiento las variables, generalmente es en papel ya sea de tipo numérico o en trazos.

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En Relación con la variable de medición

• ELEMENTO PRIMARIO: El instrumento puede contener un dispositivo que actúa como elemento primario que está en contacto con la variable y utilizan o absorben energía del medio para dar al sistema de medición una indicación en respuesta a la variación de la variable controlable. El efecto del elemento primario puede ser cambio de presión, fuerza, posición, medida eléctrica, etc.

– Ejemplos: el bulbo y capilar: variación de presión del fluido que los llena

– Termopar: Variación de la fuerza electromotriz.

• TRANSMISORES. Captan la variable de proceso a través del elemento primario y la trasmiten a distancia en forma de señal neumática en margen de 3 a 15 psi (4 a 20 mA, 0.21 a 1 kg /cm2). Se le llaman Transmisores inteligentes si envía una señal digital que es compatible a una computadora.

– El elemento primario puede formar o no parte integral del

transmisor: Por ejemplo el transmisor de temperatura de bulbo y capilar es un transmisor y una placa de orificio es solamente un elemento primario..

En Relación con la variable de medición

• TRANSDUCTOR: Produce

una señal de salida en base a una señal de entrada que es función de una o más cantidades físicas que puede o no ser modificada. Los elementos primarios pueden ser transductores, también lo es un transmisor y convertidores como por ejemplo el convertidor de Presión de Proceso a corriente ó a señal neumática (PP/I y PP/P respectivamente). • Ejemplos de Transductores 28 28

En función de acoplamiento

CONVERTIDORES: Son instrumentos que reciben una señal de

entrada procedente de un instrumento y después de modificarla envían la resultante en forma de señal de salida estándar.(También se le llama selector de referencia, ya que dada un parametro físico de entrada al convertirse en forma seleccionada se tiene una variable de referencia)

Ejemplos:

– Termopar: Convertidor de Voltaje a corriente: 0-25 mV a un sistema electrónico de 4 a 20 mA

– P/I: Convertidor de Presión (Señal neumática 3-15 psi) a señal electrónica: 4 a 20 mA

– I/P: Convertidor de Señal electrónica ( 4-20 mA) a Salida neumática.

RECEPTORES: Reciben las señales que proceden de los transmisores y las indican o registran. Existen receptores de control que envían una señal adicional de salida normalizada a los valores de señal neumática o señal electrónica.

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Acoplamiento o acondicionador

TEMPERATURA CORRIENTE 10, 5 20,10 30,15 30 Profesor Miguel Ramírez F. Instrumentación Industrial 30