Instrumentación y control de procesos industriales

Instituto Politécnico Nacional

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

“Unidad Azcapotzalco”

Exposición:

Introducción a la instrumentación industrial

Materia:

Instrumentación y control de procesos industriales

Equipo:

Jaime Tamayo Victor Christian

Vargas Pérez Rogelio Daniel

Grupo:

9MM3

Fecha de entrega de trabajo:

11-02-14

Profesor:

Ing. Morales Farfán Raúl

ESIME AZCAPOTZALCO INTRODUCCIÓN A LA INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL

PROCESOS INDUSTRIALES

INSTRUMENTACIÓN

• Fabricación de productos derivados del petróleo.

• Fabricación de productos alimenticios.

• Centrales de generación de energía eléctrica.

• Industria papelera, textil, automóvil, etc.

En los procesos es necesario medir, controlar y mantener constates ciertas magnitudes.

Los instrumentos de medición y control permiten controlar y mantener dichas magnitudes.

DEFINICIÓN INSTRUMENTACIÓN

Es el grupo de elementos que sirven para medir, controlar o registrar variables de un proceso con el fin de optimizar los recursos utilizados en éste.

En un proceso industrial es necesario controlar y mantener constantes ciertas magnitudes como pueden ser la P,T, Velocidad, humedad, pH, con el objetivo de que el proceso se desarrolle correctamente.

La instrumentación nos muestra lo que está sucediendo en determinado proceso, lo cual servirá para determinar si el mismo va encaminado hacia donde deseamos, y de no ser así, podremos usar la instrumentación para actuar sobre algunos parámetros del sistema y proceder de forma correctiva.

La instrumentación es lo que ha permitido el gran avance tecnológico de la ciencia actual en casos tales como: los viajes espaciales, la automatización de los procesos industriales y mucho otros de los aspectos de nuestro mundo moderno; ya que la automatización es solo posible a través de elementos que puedan sensar lo que sucede en el ambiente, para luego tomar una acción de control pre-programada que actué sobre el sistema para obtener el resultado previsto.

HISTORIA INSTRUMENTACIÓN

En los inicios de la era industrial se controlaban manualmente las magnitudes, usando termómetros, manómetros, válvulas manuales, esto era factible ya que los procesos en su mayoría eran sencillos. Pero con el avance de la tecnología los procesos se fueron automatizando y por ende volviéndose más complejos por lo que para poder controlarlos fue necesario utilizar instrumentos de medición más efectivos que pudieran controlar el proceso sin la intervención del ser humano.

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CARACTERÍSTICA DE LOS INSTRUMENTOS

De acuerdo con las normas SAMA (ScientificApparatusMakersAssociation), PMC20, las características de mayor importancia, para los instrumentos son:

CAMPO DE MEDIDA O RANGO (RANGE)

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.

ALCANCE (SPAN)

Es la diferencia entre el valor superior e inferior del campo de medida

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.

EXISTEN TRES TIPOS DE ERRORES:

• Errores grandes: Son en general de origen humano, como la mala lectura de los instrumentos, ajuste incorrecto y aplicación inapropiada, así como equivocaciones en los cálculos.

• Errores sistemáticos: Se deben a fallas de los instrumentos, como partes defectuosas o gastadas, y efectos ambientales sobre el equipo del usuario.

• Errores aleatorios: Generalmente son la acumulación de un gran número de errores muy pequeños cuyo origen es difícil de identificar. Estos errores normalmente son de preocupación para mediciones con un alto grado de exactitud. Los errores aleatorios se pueden analizar estadísticamente.

Los errores sistemáticos pueden ser clasificados en estáticos y dinámicos.

Errores estáticos: Si el proceso está en condiciones de régimen permanente, el error es estático.

Este error normalmente se origina por las limitaciones de los dispositivos de medición o las leyes físicas que gobiernan su comportamiento.

Errores dinámicos: Siempre que las condiciones sean de cambio continuo existirá un error dinámico que se presentará en retrasos en la medición. Esto está influido por el tipo de acoplamiento, los materiales, el proceso a medir, etc.

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EXACTITUD (Accuracy)

Cualidad del instrumento por la que puede dar lecturas próximas al valor verdadero de la magnitud medida.

PRECISIÓN

Cualidad del instrumento de medida por la que puede dar lecturas muy próximas unas de otras en las mismas condiciones de proceso, es decir el grado de dispersión.

EJEMPLO: Se está midiendo un voltaje conocido de 100V. Se toman 5 lecturas con cierto voltímetro y los valores encontrados son 104, 103, 105, 103, 105. Dadas estas lecturas, cuál es la exactitud y cuál es la precisión del instrumento.

R. Ya que la desviación máxima del instrumento es 5V de la entrada real de 100V, se tiene una exactitud de 5%. La precisión del instrumento la da la desviación máxima de la media de las lecturas, en este caso, ±1%.

ZONA MUERTA (DEAD BAND)

Es el área de valores de la variable que no hace variar la indicación del instrumento

Fig.: Zona muerta

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.

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SENSIBILIDAD

Es la relación entre la variación de la lectura del instrumento y el cambio en el proceso que causa este efecto.

REPETIBILIDAD

Es la capacidad de un instrumento de repetir el valor de una medición, de un mismo valor de la variable real en una única dirección de medición.

HISTERESIS

Es la variación de la medición del instrumento dependiendo de la dirección desde donde se aproxima la medición.

EJEMPLO: Un termómetro marca 49° C en un objeto de 50° C cuando el objeto pasa de más frío a más caliente y 51° C cuando pasa de caliente a más frío.

En este caso la histéresis es ± 1° C. De la función de transferencia ideal.

Incertidumbre de medida

Cuando se calibra un instrumento este se compara con un aparato patrón para determinar si el error que presenta el instrumento entra dentro de los límites marcados por el fabricante.

Existe un rango de tolerancia para el error debido a que el aparato patrón presenta aunque sea un ligero error, además de que existen diversas fuentes de error que pueden provocar una desviación.

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FUENTES DE ERROR

• Condiciones ambientales.

• Habilidad del operario.

• Valores inexactos del aparato patrón.

BENEFICIOS DE LA INSTRUMENTACIÓN

• Ha liberado al operario de actuación física directa para controlar el proceso.

• Los operarios se dedican a supervisar y vigilar el proceso, desde las mismas instalaciones donde ocurre el proceso o en una sala apartada o remota.

• Ha permitida la fabricación de productos complejos con características y calidad estable.

CLASIFICACIÓN DE LOS INSTRUMENTOS

Existen dos formas de clasificar los instrumentos las cuales son:

a.- De acuerdo a su función en el proceso.

b.- De acuerdo a la variable de proceso que miden.

Este modo de clasificarlos no es necesariamente el único, pero se considera bastante completo.

º De acuerdo a su función estos serán:

• Instrumentos indicadores: son aquellos que como su nombre bien dice, indican directamente el valor de la variable de proceso. Ejemplos: manómetros,

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