Instrumentacion Y Control

República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria

Instituto Universitario de Tecnología de Yaracuy

Independencia – Estado Yaracuy

Instrumentación y Control de Procesos

Definiciones básicas de instrumentación industrial

Tutor:

Ing. Msc. David Velázquez

Independencia, 2012

Índice

Introducción 5

I. Definiciones Básicas en Instrumentación y Control 7

1. Terminología Básica 7

1.1. Proceso 7

1.2. Control de Procesos 8

1.3. Sistema 8

1.4. Sistemas De Control De Procesos: 8

1.5. Variable 9

1.5.1. Variable Controlada 9

1.5.2. Variable Manipulada 9

1.6. Punto de control (Setpoint) 9

1.7. Campo de medida (range) 9

1.8. Alcance (span) 10

1.9. Error 10

1.10. Incertidumbre de la medida (uncertainty) 10

1.11. Exactitud 11

1.12. Precisión (accuracy) 11

1.13. Zona muerta (dead zone o dead band) 11

1.14. Sensibilidad (sensitivity) 11

1.15. Repetibilidad (repeatibility) 12

1.16. Histéresis (hysteresis) 12

1.17. Otros términos 12

2. Clasificación de los Instrumentos 16

2.1. En función del Instrumento 16

2.1.1. Instrumentos ciegos 17

2.1.2. Instrumentos Indicadores 17

2.1.3. Instrumentos Registradores 17

2.1.4. Elementos Primarios 18

2.1.5. Transmisores 18

2.1.6. Transductores 19

2.1.7. Convertidores 19

2.1.8. Receptores 19

2.1.9. Controladores 19

2.1.10. Elemento Final de Control 20

2.2. En función de la Variable de Proceso 20

II. Medidores Volumétricos 22

1. Elementos de Presión Diferencial 22

1.1. Placa-orificio o Diafragma 22

1.1.1. Tomas en la brida (flange taps) 23

1.1.2. Tomas en la vena contraída (vena contracta taps) 23

1.1.3. Tomas radiales (radius taps) 23

1.1.4. Tomas en la cámara anular (comer taps) 23

1.1.5. Tomas en la tubería (pipe taps) 23

1.2. Tobera 24

1.3. Tubo Venturi 24

1.4. Tubo Pitot 24

1.5. Tubo Annubar 25

Conclusión 26

Bibliografía 27

Introducción

En los últimos años la industria se ha visto en la necesidad de ofrecer soluciones para lograr la optimización de sus procesos productivos con el fin de garantizar la confiabilidad de los mismos. Hoy en día es inimaginable la existencia de una industria moderna sin instrumentos de medición y control que le permitan la automatización de sus procesos.

En la industria se presenta pues, repetidamente, la necesidad de conocer y entender el funcionamiento de los instrumentos y el papel que juegan dentro del control de los procesos; de allí, radica la importancia de la instrumentación y control de procesos industriales como rama de la ingeniería encargada de la optimización de los procesos que el sector productivo requiere, teniendo como propósito fundamental el análisis, diseño y automatización de los mismo en diversos sectores de la industria.

Estos procesos industriales exigen el control de la fabricación de los diversos productos obtenidos. Los procesos son muy variados y abarcan muchos tipos de productos: la fabricación de los productos derivados del petróleo, de los productos alimenticios, la industria cerámica, las centrales generadoras de energía, la siderurgia, los tratamientos térmicos, la industria papelera, la industria textil, etc.

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, entre otros; ya sea, por razones de seguridad o bien por estar especificadas. Lo más frecuente es que este tipo de control se realice midiendo la variable que se necesita controlar, se compara esta medida con el valor al que se desea mantener la variable controlada y se ajusta alguna variable adicional, que tiene un efecto directo sobre la variable controlada, hasta que se obtiene el valor deseado.

Con el fin de conocer un sistema de este tipo para que opere no solo automáticamente, sino con eficacia, es necesario obtener las relaciones entre las variables, tanto en estado estacionario como en estado no estacionario (dinámico). Analizando estas variables particulares que intervienen en el proceso, puede determinarse si la operación automática es conveniente en alto grado, teniendo en cuenta que el control manual requeriría el ajuste continuo de la variable controlada mediante un operador humano, la eficacia de observación del operador disminuiría inevitablemente con el tiempo, y además las fluctuaciones de la variable controlada pueden ser demasiado rápidas o frecuentes para que fuese suficiente el ajuste manual. Los instrumentos de medición y control permiten el mantenimiento y la regulación de estas variables en condiciones más idóneas que las que el propio operador podría realizar.

Gracias a los avances en la teoría y la práctica de la instrumentación y control automático de procesos industriales es posible obtener un desempeño óptimo, logrando aligerar la carga de muchas operaciones manuales repetitivas y rutinarias permitiendo mejorar la productividad.

Definiciones Básicas en Instrumentación y Control de Procesos.

1. Terminología Básica

Los instrumentos de control empleados en las industrias de proceso 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.

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. Las definiciones de los términos empleados se relacionan con las sugerencias hechas por la SAMA (Scientific Apparatus Makers Association) en su norma PMC 20-2-1970. Podemos definir ciertos términos considerados como básicos de la siguiente manera:

1.1. Proceso

Es una operación o un desarrollo natural progresivamente continuo, marcado por una serie de cambios graduales que se suceden uno al otro en una forma relativamente fija y que conducen a un resultado o propósito determinados; o una operación artificial o voluntaria progresiva que consiste en una serie de acciones o movimientos controlados, sistemáticamente dirigidos hacia un resultado o propósito determinados. El término proceso utilizado en “control de procesos” o “procesos industriales”, se refiere a cambiar o refinar materias primas para lograr un producto final. La materia prima, que puede o no cambiar de estado físico durante el proceso, es transferida, medida, mezclada, calentada, enfriada, filtrada, almacenada o manipulada de alguna manera para producir el producto final. Algunos ejemplos son los procesos químicos, económicos y biológicos.

1.2. Control de Procesos

Se refiere a como se controlan variables inherentes al mismo para reducir la variabilidad del producto final, Incrementar la eficiencia del proceso, reducir el impacto ambienta, mantener el proceso dentro de los límites de seguridad que corresponda, entre otros.

1.3. Sistema

Un sistema es una combinación de componentes que actúan juntos y realiza un objetivo determinado. Un sistema no necesariamente es físico. El concepto de sistema se aplica a fenómenos abstractos y dinámicos, tales como los que se encuentran en la economía. Por tanto, la palabra sistema debe interpretarse como una implicación de sistemas físicos, biológicos, económicos y similares.

1.4. Sistemas De Control De Procesos:

Es un sistema de regulación automática que determina la respuesta de la variable en función de virtudes programadas para el sistema.

1.5. Variable

Es cualquier elemento que posee características dinámicas, estáticas, químicas y físicas bajo ciertas condiciones, que constantemente se pueden medir.

1.5.1. Variable Controlada

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

1.5.2. Variable Manipulada

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

1.6. Punto de control (Setpoint)

Es el punto en el que una variable se mantiene bajo ciertos parámetros deseados.

1.7. Campo de medida (range)

Espectro o conjunto de valores de la variable medida que están comprendidos dentro de los límites superior e inferior de la capacidad de medida o de transmisión del instrumento; viene expresado estableciendo los dos valores extremos. Otro término derivado es el de dinámica de medida o rangeabilidad (rangeability), que es el cociente entre el valor de medida superior e inferior de un instrumento.

1.8. Alcance (span)

Es la diferencia algebraica entre los valores sllperíor e inferior del campo de medida del instrumento. En el instrumento de temperatura de la figura 1.3, su valor es de 2000 C.

1.9. Error

Es la diferencia algebraica entre el valor leído o transmitido por el instrumento

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