Medición e instrumentación industrial

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

“FRANCISCO DE MIRANDA”

ÁREA DE TECNOLOGÍA

COMPLEJO ACADÉMICO EL SABINO

DEPARTAMENTO DE MECÁNICA Y TECNOLOGÍA DE LA PRODUCCIÓN

CÁTEDRA: INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS

TEMA Nº 1

MEDICIÓN E INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL

GUIA DE ESTUDIO PREPARADA POR:

ING. Esp. JOSE E CUAURO S.

Punto Fijo, Abril de 2012

TEMA Nº 1

MEDICIÓN E INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL

• TÉRMINOS RELACIONADOS CON LA SEÑAL Y EL CAMPO DE MEDIDA:

En aquellos instrumentos que indican, transmiten o registran es importante conocer exactamente cual es la cantidad medida y la región de la escala sobre la cual esta siendo medida.

Para medir los aspectos anteriores se tienen:

1.- VARIABLE MEDIDA:

Es la cantidad física, propiedad o condición que esta siendo medida. Ej.: temperatura, presión, caudal, flujo, etc.

2.- SEÑAL MEDIDA:

Es una variable eléctrica, mecánica, neumática u otra variable aplicada a la entrada de un equipo. Ej.: en un termopar la señal medida es una fuerza electromotriz, la cual es el análogo eléctrico de la temperatura.

3.- SEÑAL DE ENTRADA:

Una señal aplicada a un dispositivo o sistema.

4.- SEÑAL DE SALIDA:

Una señal entregada por un dispositivo o sistema.

5.- RANGO DE UN INSTRUMENTO (CAMPO DE MEDIDA):

Es el conjunto de valores de la variable medida comprendidos dentro de los límites superiores e inferiores de la capacidad de medida o de transmisión de un instrumento. Ej. Un termómetro que esta calibrado entre 100ºC y 200ºC tiene un rango de 100ºC a 200ºC.

6.- AMPLITUD (SPAN):

Es la diferencia algebraica entre los valores o limites superiores e inferiores del rango de un instrumento. En el ejemplo anterior el span de un instrumento (termómetro) es 100ºC.

EJEMPLOS TIPICOS:

a.- Rango 0 a 100:

Valor mínimo = 0; Valor máximo= 100; amplitud = 100 – 0 = 100.

b. - Rango 20 a 100

c. - Rango -20 a 150

d. - Rango -100 a -20

INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL

- DEFINICIÓN:

Es el campo de elementos que sirven para medir, controlar y registrar las variables de un proceso con el fin de optimizar los recursos utilizados en este.

En otras palabras la instrumentación nos permite en tiempo real de un proceso ver si el mismo va encaminado hacia donde deseamos y de no ser así se utilizan los instrumentos para actuar sobre el sistema y proceder de forma correctiva.

- CLASIFICACIÓN DE LOS INSTRUMENTOS:

Los instrumentos de medición y control son relativamente complejos y su función puede comprenderse bien si están incluidos dentro de una clasificación adecuada. Como es lógico, pueden existir varias formas para clasificar los instrumentos, cada una de ellas tiene sus ventajas y limitaciones.

 EN FUNCIÓN DEL INSTRUMENTO:

 INSTRUMENTOS CIEGOS:

Son aquellos que no tienen indicación visible de la variable. Ej. Transmisores de caudal, nivel y temperatura sin indicación

 INSTRUMENTOS INDICADORES:

Disponen de un índice y una escala graduada en la que pueden leerse el valor de la variable. Existen también indicadores digitales que muestran una variable en forma numérica con dígitos.

 INSTRUMENTOS REGISTRADORES:

Registran con trazo continuo o a puntos la variable, y pueden ser circulares o de gráficos o alargados según sea la forma del grafico.

 ELEMENTOS PRIMARIOS:

Están en contacto directo con la variable y utilizan o absorben energía del medio controlado para dar al sistema de medición una indicación en respuesta a la variación de la variable controlada.

 TRANSMISORES:

Captan la variable del proceso a través del elemento primario y la transmiten a distancia en forma de señal neumática de margen 3-15 Psia (lb/in2) o electrónica de 4-20 mA de corriente continua. El elemento primario puede o no ser parte integral del transmisor.

 TRANSDUCTORES:

Reciben una señal de entrada función de una o más cantidades físicas y la convierten modificada o no a una señal de salida. Ej. Son transductores: un relé, un elemento primario, un transmisor, un convertidor PP/I (presión de proceso a intensidad), un convertidor PP/P (presión de proceso a señal neumática).

 CONVERTIDORES:

Son aparatos que reciben una señal de entrada neumática (3-15 Psia) o electrónica (4-20 mA c.c.) procedente de un instrumento y después de modificarla envía la resultante en forma de señal de salida estándar.

 RECEPTORES:

Reciben las señales procedentes de los transmisores y las indican o registran.

 CONTROLADORES:

Comparan la variable controlada con un valor deseado y ejercen una acción correctiva de acuerdo con la desviación.

 ELEMENTO FINAL DE CONTROL:

Recibe la señal del controlador y modifica el caudal del fluido o agente de control. En el control neumático el elemento suele ser una válvula neumática o un servomotor neumático.

 EN FUNCION DE LA VARIABLE DEL PROCESO:

De acuerdo con la variable del proceso, los instrumentos de caudal, nivel, presión, temperatura, densidad y peso específico, humedad y punto de ocio, viscosidad, posición, velocidad, pH, conductividad, frecuencia, fuerza, turbidez, etc.

- CARACTERISTICAS ESTÁTICAS Y DINÁMICAS DE LOS INSTRUMENTOS:

• CARACTERISTICAS ESTÁTICAS:

Son aquellas que exhiben un instrumento bajo condiciones de estado estacionario. Ellas permiten determinar la calidad de la medición bajo condiciones de estado estacionario.

Algunas características importantes son:

A.- EXACTITUD:

Es la conformidad de un valor indicado con respecto a un valor real. Define los límites de errores que se cometen cuando un instrumento se utiliza bajo condiciones de referencia.

B.- ERROR ESTÁTICO:

Es la diferencia algebraica entre el valor indicado por el instrumento y el valor real de la señal medida. Un error positivo indica que la medición indicada por el instrumento es mayor que el valor real.

C.- REPETIBILIDAD:

Es el grado de igualdad con que un valor dado puede ser repetidamente medido. Un instrumento que tiene una repetibilidad perfecta es aquel que no tiene desviación ósea su calibración no varia gradualmente en un periodo de largo tiempo.

D.- DESVIACIÓN:

Significa una separación gradual del valor medido con respecto al valor calibrado, generalmente después de un largo intervalo de tiempo durante el cual el valor de una variable no cambia; Ej. Las placas de orificio pueden presentar desviación debido al desgaste por erosión.

E.- SENSIBILIDAD:

Es la señal mínima a la cual el instrumento responde, indicando un cambio en la variable de medición. Si el instrumento no responde a un cambio pequeño se dice que tiene una zona o banda muerta.

F.- BANDA MUERTA:

Es el rango a través del cual un cambio en la señal de entrada no produce un cambio en la señal de salida. Generalmente se expresa como porcentaje de la amplitud o span.

G.- HISTERESIS:

Es la máxima diferencia en la respuesta de un instrumento frente a una misma entrada cuando el recorrido se hace en ambos sentidos de la escala.

H.- CORRIMIENTO (DRIFT):

Es cuando ocurre un cambio en la relación entrada/salida de un instrumento sobre un periodo de tiempo, una repetibilidad perfecta significa que el instrumento no tiene corrimiento.

• CARACTERIRSTICAS DINÁMICAS:

Son aquellas que exhibe un instrumento bajo condiciones de estado estacionario. Ellas permiten conocer por ejemplo, si un instrumento es rápido estable, y las características de esa rapidez y estabilidad.

Algunas características son:

A.- VELOCIDAD DE RESPUESTA:

Es la rapidez con que un instrumento responde a cambios en la cantidad medida.

B.- RETRAZO DE MEDICIÓN (MEASURIN LAG):

Es un retardo en la respuesta de un instrumento frente a cambios en la cantidad medida.

C.- FIDELIDAD:

Es el grado de igualdad con el cual un instrumento indica los cambios en la variable medida sin error dinámico.

D.- ERROR DINÁMICO:

Es la diferencia del valor real de una cantidad que cambia con el tiempo y el valor indicado por el instrumento si se asume que no hay error estático.

E.- AMORTIGUAMIENTO (DAMPING):

Es la reducción progresiva frente a la supresión de la oscilación de un sistema. Cuando la respuesta de un instrumento frente a una perturbación es lo mas rápida posible sin sobrepico, se dice que la respuesta es críticamente amortiguada, subamortiguada cuando ocurre un sobrepico y sobreamortiguada cuando la respuesta es mas lenta que las anteriores.

F.- TIEMPO DE RESPUESTA:

El tiempo requerido desde que ocurre una perturbación a un sistema hasta que la respuesta del mismo alcanza el nuevo valor de estado estacionario.

• IDENTIFICACIÓN Y SIMBOLOGÍA DE LOS INSTRUMENTOS (REPRESENTACIÓN GRÁFICA EN LOS P&ID- DIAGRAMAS DE INSTRUMENTACIÓN Y TUBERIAS)

NORMA ISA-S5.1: “SIMBOLOGÍA E IDENTIFICACIÓN DE INSTRUMENTOS”

1.- PROPÓSITO:

El propósito de esta norma

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