Instrumentation Y Control

Las mediciones y los instrumentos se describen con ayuda de varios símbolos, convenciones y términos. Se debe uno familiarizar con los más comunes de esos términos y símbolos antes de estudiar los detalles del funcionamiento de los instrumentos y técnicas de medición.

De Igual manera los mecánicos, electricistas, médicos, ingenieros y arquitectos, se auxilian de instrumentos para llevar a cabo sus actividades diarias, con el objetivo de lograr un avance con la mayor eficiencia, calidad y volumen de producción. Lo cual nos lleva a pensar para las industrias, sin importar el tamaño de estas, es imprescindible el uso de instrumentos industriales, para facilitar la manufactura de sus productos.

Esta obra da comienzo presentando algunos de los conceptos más generales relacionados con las mediciones. Estos conceptos en particular son parte del vocabulario que se emplea para describir todas las etapas del trabajo de mediciones.

Las mediciones juegan un papel importante en la validación de las leyes de la ciencia. También son esenciales para estudiar, desarrollar y vigilar muchos dispositivos y procesos. Sin embargo, el proceso mismo de medición implica muchos pasos antes de producir un conjunto útil de información, como el diseño de un dispositivo eficiente de medición, el manejo inteligente del aparato de medición, el registro de los datos de un modo claro y completo, cálculo de la exactitud de la medición y las magnitudes de posibles errores implícitos.

Para lograr lo anterior es importante, que los industriales de nuestro país, implementen la instrumentación y la automatización de sus procesos con el avance tecnológico requerido para mantenerse en el mercado nacional e internacional si es posible.

¿QUE ES LA INSTRUMENTACION INDUSTRIAL?

Es el conocimiento de la correcta aplicación de los equipos encaminados para apoyar al usuario en la medición, regulación, observación, transformación, ofrecer seguridad, etc., de una variable dada en un proceso productivo.

Los instrumentos industriales pueden realizar las siguientes funciones:

1. OBJETIVOS DE LA INSTRUMENTACIÓN

El objetivo es desarrollar los conocimientos y habilidades para seleccionar y especificar adecuadamente las características de un instrumento para la medición de cualquier variable de un proceso industrial.

Para solucionar los problemas en la medida de variables dentro de un proceso es necesario tener un modelo conceptual de los procesos de medición. Un instrumento, es en general un dispositivo que transforma una variable física de interés en una forma más conveniente para una aplicación futura. El elemento funcional dentro de los modelos de la instrumentación es el sensor, el cual convierte una variable física de entrada en una señal de salida. Estas señales tienen la propiedad de que pueden ser manipuladas dentro de la transmisión de un sistema así como en un circuito eléctrico o mecánico. Las señales variables pueden ser transmitidas a la salida del proceso, a un instrumento que despliegue su valor donde puede ser leída y observada por un operador, o llevada a un dispositivo remoto donde se pueden guardar o utilizar para otra aplicación (sirven como señales de entrada a otros sistemas); en los circuitos eléctricos el voltaje es la variable más utilizada, al igual que la fuerza y el desplazamiento lo son para los circuitos mecánicos. En la mayoría de los casos la señal de salida de los sensores es muy pequeña y requiere de ser amplificada para su aplicación. En otros casos se necesita una señal digital y como la salida en la mayoría de los sensores es análoga se requiere de un convertidor de señales que adecue la señal captada para que así pueda ser utilizada. Los sensores pueden ser clasificados de dos maneras, sensores activos y sensores pasivos. Los sensores pasivos son los que no agregan energía al proceso pero toman parte de ella para realizar la medida (termocuplas, rtd, etc.). Los sensores activos son los que agregan energía al proceso para poder realizar la medición.

1.1 Terminología De La Instrumentación

Los 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, de la industria cerámica, de las centrales generadores de energía, de la siderurgia, de los tratamientos térmicos, de la industria papelera, de 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, etcétera. Los instrumentos de medición y control permiten el mantenimiento y la regulación de estas constantes en condiciones más idóneas que las que el propio operador podría realizar.

En los inicios de la era industrial, la operatoria de los procesos se llevaba a cabo con un control manual de estas variables utilizando sólo instrumentos simples, manómetros, termómetros, válvulas manuales, etc., control que era suficiente por la relativa simplicidad de los procesos. Sin embargo, la gradual complejidad con que éstos se han ido desarrollando ha exigido su automatización progresiva por medio de los instrumentos de medición y control. Estos instrumentos han ido liberando al personal de campo de su función de actuación física directa en la planta y al mismo tiempo, le han permitido una labor única de supervisión y de vigilancia del proceso desde centros de control situados en el propio proceso o bien en salas aisladas separadas; asimismo, gracias a los instrumentos ha sido posible fabricar productos complejos en condiciones estables de calidad y de características, condiciones que al operario le serían imposibles o muy difíciles de conseguir, realizando exclusivamente un control manual.

Los procesos industriales a controlar pueden dividirse ampliamente en dos categorías: procesos continuos y procesos discontinuos. En ambos tipos, deben mantenerse en general las variables (presión, caudal, nivel, temperatura, etc.), bien en un valor deseado fijo, bien en un valor variable con el tiempo de acuerdo con una relación predeterminada, o bien guardando una relación determinada con otra variable.

El sistema de control que permite este mantenimiento de las variables puede definirse como aquel que compara el valor de la variable o condición a controlar con un valor deseado y toma una acción de corrección de acuerdo con la desviación existente sin que el operario intervenga en absoluto.

La experiencia ha demostrado que se pueden presentar una gran cantidad de malas interpretaciones cuando los ingenieros discuten la eficacia de la instrumentación dentro de un proceso. Los términos empleados definen las características propias de medida y de control y las estáticas y dinámicas de los diversos instrumentos utilizados: Indicadores, registradores, controladores, transmisores y válvulas de control. 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 Las hechas por la SAMA (Scientific Apparatus Makers Association) en su norma PMC 20-2-1970.

1.1.1 CAMPO

Espectro o conjunto de valores de la variable medida que están comprendidos dentro de los límites superior e inferior de la capacidad de medición o transmisión del instrumento. Viene expresado estableciendo los dos valores extremos.

Se entiende por campo o rango de medida el conjunto de valores de la variable a medir comprendida dentro de la capacidad de medición y transmisión del instrumento; es decir, los valores para los cuales el aparato proporciona una lectura fiable. El campo de medición de una aparato suele definirse estableciendo los límites superior e inferior del rango de medición posible. A modo de ejemplo en la figura 1 se recoge un mano vacuómetro de agua, en el cual puede apreciarse como su rango de medición es:

Dependiendo de la situación relativa del valor "cero" de la variable medida dentro del rango de medición, se puede distinguir entre:

• Campo de medida con elevación del cero, si el cero queda fuera del campo de medición. En estos casos se denomina elevación del cero a la diferencia entre el límite inferior del rango de medida y el cero de la variable considerada.

• Campo de medida con supresión del cero, cuando el cero de la magnitud medida queda dentro del rango de estos casos medida. En estos casos no tiene sentido hablar de elevación del cero, pero se define el concepto de supresión del cero como la diferencia entre el valor mínimo del rango de medida y el cero de la variable.

Tanto la elevación del cero como la supresión del cero pueden venir expresadas en unidades de medida o bien como un porcentaje del alcance de la medición que se define a continuación.

1.1.2 RANGO

Espectro o conjunto de valores de la variable medida que están comprendidos dentro de los límites

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