INTRODUCCIN

Si analizamos nuestras actividades cotidianas, desde el momento que suena

la alarma de un despertador y nos preparamos para desarrollar nuestras

actividades diarias, as como encender un foco o escuchar el encendido o

apagado del motor de la bomba, etc., nos auxiliaremos de instrumentos que nos

ayudan a desarrollar ciertas actividades oportunamente con eficiencia, rapidez,

etc. De igual manera mecnicos, electricistas, mdicos, 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

produccin. Es lgico pensar que para las industrias, sin importar el tamao de

estas, es imprescindible el uso de instrumentos industriales, para facilitar la

manufactura de sus productos. Como consecuencia de la globalizacin de los

mercados internacionales, ha obligado a los pases del tercer mundo a competir

en el mercado con productos de calidad, precio y tiempos de entrega oportunos.

Para lograr lo anterior es importante, que los industriales de nuestro pas,

implementen la instrumentacin y la automatizacin de sus procesos con el

avance tecnolgico requerido para mantenerse en el mercado nacional e

internacional si es posible.

Los procesos industriales se presentan en gran variedad, abarcan muchos

tipos de productos y exigen el control de la fabricacin de los mismos. Para tal

objetivo se utilizan instrumentos de medicin y control que permiten el

mantenimiento y regulacin de las magnitudes propias del proceso en cuestin.

El enfoque del presente trabajo est dado sobre los sistemas electrnicos y

las seales elctricas empleadas para la transmisin de las variables de inters

as como las dificultades que se presentan para su correcta interpretacin.

GLOSARIO DE INSTRUMENTACIN Y CONTROL

En aquellos instrumentos que indican, transmiten o registran es importante

conocer exactamente cul es la cantidad medida y la regin de la escala sobre la

cual est siendo medida. Para medir los aspectos anteriores se tienen:

1. VARIABLE: Es cualquier elemento que posee caractersticas dinmicas,

estticas, qumica y fsicas bajo ciertas condiciones, que constantemente se

pueden medir.

2. VARIABLE CONTROLADA: Es la variable directa a regular, sobre la que

constantemente estamos pendientes ya que afecta directamente al sistema del

proceso, es decir, es la que dentro del bucle de control es captada por el

transmisor para originar una seal de retroalimentacin.

3. VARIABLE MANIPULEADA: Es la que se modifica para afectar directamente a

la variable controlada, es la herramienta para modificar la variable directa en el

proceso. Es la cantidad que se encarga de variar los instrumentos finales de

control. Es el mensaje del controlador que transmite modificaciones para lograr lo

esperado de la variable controlada.

4. VARIABLE MEDIDA: Es la cantidad fsica, propiedad o condicin que est

siendo medida. Ej. Temperatura, Presin, Caudal, Flujo, etc.

5. PROCESOS: Es un desarrollo que es realizado por un conjunto de elementos

cada uno con ciertas funciones que gradual y progresivamente producen un

resultado final.

6. SISTEMA: Es una combinacin de componentes que actan conjuntamente y

cumplen un objetivo.

Sistema en donde las vlvulas son utilizadas para manipular el caudal con el fin de

controlar el nivel en los tanques.

7.- SEAL MEDIDA: Es una variable elctrica, mecnica, neumtica u otra

variable aplicada a la entrada de un equipo. Ej.: en un termopar la seal medida es

una fuerza electromotriz, la cual es el anlogo elctrico de la temperatura.

8.- SEAL DE ENTRADA: Una seal aplicada a un dispositivo o sistema.

9.- SEAL DE SALIDA: Una seal entregada por un dispositivo o sistema.

10. PERTURBACIONES: Seal que afecta la respuesta real del sistema

produciendo un error en la medida, ejemplo los campos magnticos, la inductancia

etc. segn la sensibilidad individual.

11. CONTROL RETROALIMENTADO: Es el que auto corrige las perturbaciones,

eliminando los errores para obtener la salida ideal. Una plancha posee un

dispositivo que mantiene la temperatura deseada, es decir, si se sube la

temperatura abre el circuito de alimentacin de las resistencias y si se baja lo

cierra para que calienten. Los servosistemas son tambin de este tipo solo que su

salida son elementos mecnicos, un brazo de un robot o una vlvula auto-

regulado o piloteado.

12. SISTEMAS DE CONTROL DE PROCESOS: Es un sistema de regulacin

automtica que determina la respuesta de la variable en funcin de virtudes

programadas para el sistema.

13. SISTEMAS DE CONTROL DE BUCLE O LAZO CERRADO: Es el sistema de

control retroalimentado, donde la seal pasa por el controlador es comparada y

reenviada para establecer el set point o parmetro esperado.

14. SISTEMA DE CONTROL DE BUCLE O LAZO ABIERTO: Es el sistema donde

la salida no tiene efecto sobre la accin del control, no hay comparacin entre el

valor medido en la salida respecto a la entrada, es el camino que sigue la seal sin

retroalimentacin. Por ejemplo las instalaciones de bombillos de navidad que

mientras se encienden unas las otras se apagan, todo esto es controlado en

funcin del tiempo sin importar que tanto alumbren los bombillos.

Entre lo concerniente al bucle cerrado es su virtud de usar una seal de

retroalimentacin que lo dispone a estar en constante ajuste evitando

relativamente la inestabilidad a perturbaciones externas ya que para este sistema

es de gran importancia el manejo de las desviaciones mientras que para el abierto

no es de tanta incidencia, lo que recomienda que para todo sistema donde se

conocen las entradas y no hay perturbaciones se debe usar el lazo abierto.

15. SISTEMAS DE CONTROL ADAPTABLES: Es la capacidad intuitiva de un

sistema para decidir parmetros de auto-ajuste debido a los posibles errores

aleatorios y sistemticos que se resenten.

16. SISTEMAS DE CONTROL CON APRENDIZAJE: son sistemas donde el

operario hace las veces de controlador y donde da a da se gana experiencia en

el manejo de los parmetros modificables del sistema.

17. INSTRUMENTO: Es un dispositivo que se encarga de interpretar seales

proporcionales a la magnitud de la variable.

18. INSTRUMENTOS CIEGOS: No tienen indicacin visible, son todos aquellos

que generalmente son de manipulacin como interruptores, termostatos,

presostatos, vlvulas, transmisores etc. que solo cumplen con su trabajo sin la

necesidad de expresar los cambios graduales de la seal

19. INSTRUMENTOS INDICADORES: Poseen una escala para expresar la

equivalencia de los datos al operario, pueden ser manmetros, tensimetros, entre

otros. Pueden ser concntricos, excntricos y digitales.

20. INSTRUMENTOS REGISTRADORES: Expresan la seal con trazos continuos

a puntos.

21- RANGO DE UN INSTRUMENTO (CAMPO DE MEDIDA): Es el conjunto de

valores de la variable medida comprendidos dentro delos lmites superiores e

inferiores de la capacidad de medida o de transmisin de un instrumento. Ej. Un

termmetro que esta calibrado entre 100C y 200Ctiene un rango de 100C a

200C.

22.- AMPLITUD (SPAN): Es la diferencia algebraica entre los valores o lmites

superiores e inferiores del rango de un instrumento. En el ejemplo anterior el span

de un instrumento (termmetro) es 100C.

EJEMPLOS TIPICOS:

a.- Rango 0 a 100: Valor mnimo = 0; Valor mximo= 100; amplitud = 100

0 = 100.b. - Rango 20 a 100c. - Rango -20 a 150d. - Rango -100 a -20

17. ELEMENTOS FINALES DE CONTROL: Es el instrumento que recibe las

seales del sistema tomadas por el controlador y las ejecuta directamente sobre la

variable controlada.

18. ELEMENTO PRIMARIO DE MEDIDA: Es el que est en contacto directo con la

variable y dispuesto a transmitir cualquier transformacin de energa en el medio

medido.

19- INSTRUMENTACIN INDUSTRIAL:

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 instrumentacin nos permite en tiempo real de un proceso ver si el

mismo va encaminado hacia donde deseamos y de no ser as se utilizan los

instrumentos para actuar sobre el sistema y proceder de forma correctiva.

CLASIFICACIN DE LOS INSTRUMENTOS:

Los instrumentos de medicin y control son relativamente complejos y su funcin

puede comprenderse bien si estn incluidos dentro de una clasificacin adecuada.

Como es lgico, pueden existir varias formas para clasificar los instrumentos, cada

una de ellas tiene sus ventajas y limitaciones.

INSTRUMENTOS CIEGOS: Son aquellos que no tienen indicacin visible de la

variable, son elementos de censores primarios. Ej. Medidor de Flujo que son

Transmisores de caudal, nivel y temperatura sin indicacin.

SENSORES OPTICOS, INSTRUMENTOS INDICADORES, REGISTRADORES:

Permiten la monitorizacin.

TRANSMISORES: Se encuentran de los dos tipos ciegos e Indicadores.

PANEL DE MONITORIZACION Y CONTROL: Instrumentacin virtual, donde los

Instrumentos son simulados en el PC.

Panel donde se encuentran instrumentos indicadores virtuales y controladores.

19. RANGO: Es el campo de medida para cualquier nmero de valores que

siempre deben estar entre un lmite superior e inferior segn las especificaciones

del instrumento.

20. ALCANCE: Es la diferencia entre los lmites superior e inferior del rango, es lo

equivalente al rea de operacin.

21. ELEVACION DE CERO: Es la cantidad con que el valor cero de la variable

supera al valor inferior del campo de medida.

22. SUPRESION DE CERO: Es la cantidad de desfase que hay por debajo del

valor inferior del rango.

23. SENSIBILIDAD: Es el mnimo cambio al que el instrumento censa y puede

expresar.

24. ZONA MUERTA: Son aquellas donde la sensibilidad del instrumento es nula lo

que hace que no cambie su indicacin y seal de salida.

25. TIEMPO MUERTO: Es el tiempo transcurrido desde el inicio de un estmulo a

la entrada del instrumento, hasta que existe un cambio observable en la salida.

26. TIEMPO DE RESPUESTA AL ESCALN: Es el tiempo transcurrido desde un

cambio tipo escaln en la entrada, hasta que la salida alcanza un porcentaje

especifico del valor en estado estacionario (90-90%).

27. TIEMPO DE ESTABLECIMIENTO: Es el tiempo transcurrido desde el inicio de

un estmulo tipo escaln en la entrada del instrumento, hasta que la seal de

salida se inscribe en la banda de establecimiento, conformada por un error de

2% respecto al valor esperado.

28. TIEMPO DE ELEVACIN: Es aquel que se produce ante un cambio tipo

escaln en la entrada, es el tiempo que la seal de salida en pasar por dos lmites

preestablecidos del valor final o de un estado estacionario.

25. ERROR: Es la diferencia entre el valor ledo del instrumento y el valor real de

la variable.

26. PRECISION: Grado de reproductibilidad de las mediciones.

27. EXACTITUD: Cuando la lectura se acerca al valor real de la variable. En el

valor cero de la variable marca 3 psi, y en el valor al 100% de la variable marca

15psi. Luego la supresin de cero esta entre 0 y 3psi y la elevacin de cero esta

entre 3 y 4psi. La zona muerta es equivalente 7psi -+1%.

28. HISTERESIS: Algunos instrumentos presentan un fenmeno de

descompensacin que existe cuando se hace una comparacin entre la variacin

de una misma medida tanto a nivel descenderte como ascendente, que en

realidad debera de tener el mismo recorrido. Se expresa en porcentaje, por

ejemplo si un manmetro de 0-100% la presin real es de 18 psig y la lectura en el

indicador marca 18.2 psig al ir del cero al 100% de la variable y cuando se

encuentra la variable en 18 al desplazarse del cien al 0% el valor indicado es 17.7

la histresis se calculara as:

(18.2 - 17.7/100 -0) * 100 =+- 0.5 %

29. FIABILIDAD: Es la probabilidad de que el instrumento permanezca en ciertos

lmites de error.

30. TRAZABILIDAD: Propiedad del resultado de las mediciones efectuadas con un

instrumento o con un patrn, tal que puede relacionarse con patrones

preestablecidos, mediante una cadena ininterrumpida de comparaciones con

todas las incertidumbres determinadas.

31. RUIDO: seales impuras que afectan a las diferentes seales del sistema de

medicin.

32. RESOLUCION: Es la de visualizacin a escala del instrumento.

33. LINEABILIDAD: Es la proporcionalidad directa y libre de errores con

equivalencias de alta calibracin.

34. ESTABILIDAD: son los instrumentos de altas calidad, que tienen una

probabilidad de tener una larga vida til.

35. TEMPERATURA DE SERVICIO: Son las temperaturas de trabajo del

instrumento.

36. REPRODUCTIBILIDAD: Reproduccin de una medida cuando la variable se

encuentra en un parmetro constante.

37. REPETIBILIDAD: Especifica la habilidad del instrumento para entregar la

misma lectura en aplicaciones repetidas del mismo valor de la variable medida.

As, por ejemplo, si a una misma presin de 25 psig., un manmetro de precisin

de 1 p.s.i., entrega las lecturas de 25,5; 26; 24,3; y 24 psig. Su operacin es

repetible; una lectura de 27 psig., indicara un problema de repetibilidad del

instrumento (a menos que conste que fuese un problema de histresis).

38. TRANSMISOR: Capta la seal del elemento primario de medida y la transmite

a distancia en forma elctrica, neumtica, hidrulica, mecnica y ultrasnica.

39. TRANSDUCTOR: Dispositivo que recibe una o varias seales provenientes de

la variable medida y pueden modificarla o no en otra seal. El trmino transductor

es muy amplio y se recomienda utilizar slo para aquellos instrumentos que no

quepan en los otros grupos funcionales.

40. CONVERTIDOR: Es el que se encarga de modificar la seal de entrada y la

entrega en una seal de salida estndar.

41. SEAL: Salida que emana del instrumento. Informacin representativa de un

valor cuantificado.

42. SEAL ANALOGA: Es una funcin continua de la variable medida.

43. SEAL DIGITAL: Representa la magnitud de las variables medidas en forma

de una serie de cantidades discretas codificadas en un sistema de notacin.

44. SET POINT: Punto en que una seal se establece bajo ciertos parmetros

deseados. Es un punto de consigna para valor de la seal de la variable.

NOTA: Todas las seales manejan ciertos estndares para los valores mximos y

mnimos: CORRIENTE VOLTAJE PRESION

4 - 20mA

0 - 20mA

0 - 5 V DC

0 - 10 V DC

3 - 15 psi

ESQUEMAS Y SIMBOLOGIA BASICA DE LOS DIAGRAMAS DE

INSTRUMENTACION:

UN ESQUEMA EN BLOQUES:

Todo sistema de instrumentacin posee el siguiente esquema lgico:

EFC: Elemento final de control.

EPM: Elemento primario de medida.

Todo sistema de control posee una instrumentacin adecuada que acta sobre el

proceso siguiendo el esquema visto. Para cierto proceso se necesita tener una

variable ya sea presin, nivel, caudal con cierto rango de medida, luego el proceso

es analizado por un sistema que en principio es el elemento primario de medida

que puede ser un transductor o convertidor p/i que convierte una seal de presin

en corriente la cual es enviada a un transmisor para llevarla al indicador (en este

caso multmetro) y al controlador donde se comparara con el set point que se

desea de la variable, es decir que la parte del comparador hace parte del

controlador, pero en realidad asumimos que el comparador puede ser un algoritmo

o esquema de instrucciones de control que tiene la misin de encontrar el error en

la variable para que as el controlador se encargue de enviar la seal al elemento

final de control que lo podemos llamar vlvula o cualquier elemento actuador. Algo

de simbologa:

Seales y convertidores

Los transmisores y controladores son de la misma manera que los convertidores,

solo varan en la nomenclatura teniendo en cuenta que:

P: PRESION.

T: TEMPERATURA O TRANSMISOR.

L: NIVEL (LEVEL).

F: FLUJO.

I: INDICADOR O CORRIENTE.

C: CONTROLADOR.

R: REGISTRADOR.

CON TODO ESTO YA PODEMOS CONSTRUIR UN SISTEMA GRAFICO CON

SU INSTRUMENTACION:

1. Vlvula de paso.

2. Indicador de nivel de cristal.

3. Tanque.

4. motobomba.

5. vlvula controlada.

El proceso consiste en controlar el flujo, es decir, esta ser la variable controlada;

es un sistema en lazo cerrado por que el controlador esta recibiendo seales de

entrada para determinar la salida, estas seales son enviadas por una celda de

presin diferencial la cual se encarga de medir la entrada de agua que es la

variable manipulada, este instrumento es precisamente un transmisor de flujo que

le entrega la seal a unos convertidores que disponen la seal para que el

controlador la asimile y deduzca una accin donde el elemento final de control que es

la vlvula controlada.