Instrumentación 1

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<p>GUIA DE INSTRUMENTACIN</p> <p>Pgina 161 de 2207</p> <p>rea ELCTRICA, ELECTRNICA Y TELECOMUNICACIONES</p> <p>INSTRUMENTACIONIN T R O D U C C IO N 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, se ha orillado 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. QU EE S L A</p> <p>IN S T R U M E N T A C I N</p> <p>IN D U S T R IA L</p> <p>?</p> <p>Es el conocimiento de la correcta aplicacin de los equipos encaminados para apoyar al usuario en la medicin, regulacin, observacin, transformacin, ofrecer seguridad, etc., de una variable dada en un proceso productivo.</p> <p>Pgina 161 de 2207</p> <p>rea ELCTRICA, ELECTRNICA Y TELECOMUNICACIONES</p> <p>Los instrumentos industriales pueden realizar las siguientes funciones: 1. 2. 3. 4. 5. Sensar o captar una variable Acondicionar una variable dada Transmitir una variable Controlar una variable Indicar la magnitud de una variable 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. Registrar una variable Convertir una variable Alarmar por magnitud una variable Interrumpir o permitir una secuencia dada Transmitir una seal Amplificar una seal Manipular una variable del proceso, etc.</p> <p>6. Totalizar una variable</p> <p>CLA S IF IC A C I N</p> <p>D E L O S</p> <p>IN S T R U M E N T O S</p> <p>IN D U S T R IA L E S</p> <p>Clasificar los instrumentos industriales, implica entrar a un tema muy amplio, ya que se requiere un conocimiento tanto terico como prctico en la aplicacin industrial de estos equipos. De acuerdo a la experiencia se tratar de hacer algunas clasificaciones en forma breve y lo ms explicito posible para el lector:</p> <p>Pgina 161 de 2207</p> <p>rea ELCTRICA, ELECTRNICA Y TELECOMUNICACIONES</p> <p>1.</p> <p>Por su aplicacin: 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 1.8. 1.9. Neumticos Hidrulicos Elctricos Electrnicos Electromecnicos Mixtos Transductores Amplificadores Indicadores</p> <p>2.</p> <p>Por su localizacin: 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. Instalados en campo Instalados localmente Instalados en tablero principal Instalados remotamente.</p> <p>3.</p> <p>Por su tecnologa: 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6. 3.7. 3.8. 3.9. Sistemas discretos Sistemas de control digital directo Sistemas de supervisin Sistemas de control supervisorio Sistemas de control supervisorio y adquisicin de datos Sistemas de control distribuido Sistemas de control avanzado Sistemas de control adaptables Sistemas expertos.</p> <p>1.10. Analizadores 1.11. Estacin de operador 1.12. Estacin de control 1.13. Estacin de transferencia 1.14 Relevador de clculo.</p> <p>Pgina 161 de 2207</p> <p>rea ELCTRICA, ELECTRNICA Y TELECOMUNICACIONES</p> <p>CARACTERISTICAS DE LOS INSTRUMENTOSEL SENSOR O CAPTOR: Este es el instrumento capaz de captar las variaciones de las magnitudes o intensidades de las variables, tales como:</p> <p>1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.</p> <p>Temperatura Nivel Flujo Presin Conductividad PH</p> <p>8. 9. 10. 11. 12. 13.</p> <p>Potencia elctrica Revoluciones por minuto Posicin Intensidad de radiacin Turbidez Intensidad luminosa</p> <p>Tensin elctrica 14. Consistencia, etc. Este instrumento puede estar como elemento unitario o integrado a un transmisor segn sea el tipo de aplicacin.</p> <p>TECNICAS DE CONTROLIN T R O D U C C IO N A medida que avanza la tecnologa aplicada en la fabricacin de los instrumentos industriales, los usuarios tienen en sus manos cada da herramientas mas poderosas para fabricar los productos con mayor calidad a costos bajos y tiempos de entrega mas cortos. Implementar una tcnica de control a un proceso dado, implica un conocimiento amplio sobre la dinmica del proceso y de todas las variables que intervienen en el, adems de tener presente los algoritmos de control de cada lazo. Independientemente del sistema de control que se aplique a un proceso dado, los algoritmos y las estrategias son aplicables.</p> <p>Pgina 161 de 2207</p> <p>rea ELCTRICA, ELECTRNICA Y TELECOMUNICACIONES</p> <p>Estas estrategias, se aplican con el fin de lograr un control regulatorio optimo sobre la variable o variables de inters, las cuales toman estados inestables en la operacin normal del proceso, como resultado de las perturbaciones internas y externas al proceso. En consecuencia, el funcionamiento correcto de un sistema de control esta determinado por la naturaleza del proceso, de las caractersticas de los lazos de control y de los ruidos externos. PE R T U R B A C IO N E S RU ID O S PR O C E S O</p> <p>O</p> <p>E N E L</p> <p>En una planta industrial, por condiciones mismas de la carga existente para su operacin, el ruido esta implcito en ellas, por lo tanto hay que tomar en cuenta sus efectos en la regulacin de alguna variable. Los ruidos son de distintos tipos, como son: 1. Ruidos elctricos: 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 1.8. 2. 2.1. 2.2. Variacin de tensin Variacin de corriente Armnicas en la seal elctrica Factor de potencia Cortos circuitos Inductivos Por semiconductores Etc. Temperatura ambiente Constante trmica de los materiales 4. 3. 2.3. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6. 3.7. 2.8. Reacciones exotrmicas En motores En tanques En tuberas En reacciones qumicas En transmisiones de seal electrnicas En transmisiones de seales elctricas En transmisiones de seales mecnicas Etc.</p> <p>Ruidos por tiempos muertos:</p> <p>Ruidos trmicos:</p> <p>Ruidos por transmisin de seales: 4.1. Va inalmbrica</p> <p>Pgina 161 de 2207</p> <p>rea ELCTRICA, ELECTRNICA Y TELECOMUNICACIONES</p> <p>T C N IC A S</p> <p>D E</p> <p>CO N T R O L</p> <p>En la industria, la aplicacin del control retroalimentado en un proceso para regular la magnitud de una variable en un valor deseado, es comn, que en algunos casos el error esttico existente es pequeo y es relativamente sencillo mejorar el control a travs de correcciones simples, pero en ocasiones no es posible, ya que, por condiciones del proceso se tiene un error esttico considerable y/o inestable. Antes de aplicar una tcnica de control diferente a la retroalimentada en un proceso, es importante tomar en cuenta que un regulador instalado, al iniciar su operacin, requiere de una sintonizacin en lnea sin importar la calidad de esta. Si por algn motivo no es posible reducir el error esttico a la inestabilidad del proceso, se debe pensar entonces en la estrategia de control, para mejorar la respuesta de esa variable en funcin a la calidad del producto. T C N IC A SO</p> <p>ES T R A T E G IA S</p> <p>D E</p> <p>CO N T R O L</p> <p>1. 2. 3. 4.</p> <p>Control retroalimentado. Control anticipativo. Control en cascada. Control de relacin.</p> <p>6. 7. 8. 9.</p> <p>Control de set point programable. Control de set point programable cclico. Control de rango dividido. Control de ajuste de punto final.</p> <p>5. Control selectivo.</p> <p>CONTROL RETROALIMENTADO (FEED BACK) Objetivo: Mantener constante una variable en un valor deseado o variable a travs del tiempo.Pgina 161 de 2207</p> <p>rea ELCTRICA, ELECTRNICA Y TELECOMUNICACIONES</p> <p>El control retroalimentado, es la forma ms simple de aplicar un control en lazo cerrado. El problema en este tipo de control, es que la correccin se hace despus de que se present el problema y una cantidad del producto no lleva la calidad deseada, ya que la correccin llega un tiempo despus.</p> <p>CONTROL ANTICIPATIVO (FEED FORWARD) Objetivo: Sensar la perturbacin de una variable, antes de afectar al proceso y tomar la accin correctiva para evitar un efecto daino al producto. En los procesos que tienen tiempos muertos muy grandes, se presentan desviaciones en magnitud y frecuencia variables, la seal de error se detecta un tiempo despus de que se produjo el cambio en la carga y ha sido afectado el producto, y como consecuencia la correccin acta cuando ya no es necesario. El problema anterior se resuelve aplicando al proceso esta tcnica, que parte de la medicin de una o varias seales de entrada y actan simultneamente sobre la variable de entrada, produciendo la salida deseada sobre el proceso. Aplicar esta tcnica de control implica un conocimiento amplio, exacto y completo de las caractersticas estticas y dinmicas del proceso. La relacin entre la variable de salida y la variable de entrada, constituye el modelo del proceso y es la funcin de transferencia del sistema de control en adelanto. El controlador es quien debe responder a los cambios de las perturbaciones, pero como es lgico, su eficiencia depende de la exactitud del captor y elementos de interfase de una o ms variables de entrada y de la exactitud alcanzada en el modelo, calculada en el proceso.</p> <p>Pgina 161 de 2207</p> <p>rea ELCTRICA, ELECTRNICA Y TELECOMUNICACIONES</p> <p>Cabe sealar que es costoso y algunas veces imposible determinar y duplicar el modelo exacto del proceso, por lo tanto, siendo realmente un control en lazo abierto, su aplicacin dar lugar a un offset significativo, es decir, se tendr un error esttico permanente y a veces creciente. El control anticipativo es capaz de seguir rpidamente los cambios dinmicos (estado transitorio), pero puede presentar un error esttico considerable. Por tal motivo, regularmente se aplica combinado con el control retroalimentado.</p> <p>CONTROL EN CASCADA Objetivo: Mejorar la estabilidad de una variable del proceso aun con una optima sintonizacin del controlador en lazo retroalimentado. La aplicacin de esta tcnica de control, es conveniente cuando la variable no puede mantenerse dentro del valor de set point deseado, debido a las perturbaciones inherentes al proceso. Para que un sistema de control en cascada est bien aplicada es necesario que se tomen en cuenta algunos aspectos importantes para su aplicacin, estos son: 1. 2. 3. 4. 5. Localizar las variables mas importantes del proceso. Localizar la variable bsica a controlar. Localizar la variable que introduce la inestabilidad. Determinar la velocidad de cambio de ambas seales. Hacer un arreglo en cascada, de tal forma que el lazo mayor sea ms lento y el controlador tambin (control maestro).</p> <p>Pgina 161 de 2207</p> <p>rea ELCTRICA, ELECTRNICA Y TELECOMUNICACIONES</p> <p>6. 7. 8. 9.</p> <p>El lazo menor deber contener la variable ms rpida y el controlador debe ser de respuesta con retardos mnimos (control esclavo). La relacin de la constante de tiempo: TM/TE = 5 mayor. El controlador del lazo menor deber sintonizarse con la ganancia ms alta posible. El controlador esclavo se selecciona con set point remoto, mientras que el controlador maestro es de tipo local. Naturalmente que estas recomendaciones son, basndose en la experiencia que se tiene sobre la dinmica del proceso, sobre el controlador y algo de sentido comn.</p> <p>CONTROL DE RELACION Objetivo: Controlar el flujo o el volumen de una variable en funcin de otra. Esta tcnica de control, se aplica por lo general a dos cantidades de flujos, que deben mantener una relacin prefijada por el usuario. Por lo general se tiene una lnea de flujo de un fluido libre y sobre esta se mide la cantidad del fluido existente en velocidad o volumen, este valor se enva a un controlador que contiene un factor multiplicador o un divisor, cuya seal acta sobre la vlvula de control de otra lnea con flujo proporcional al valor censado (flujo controlado). El flujo libre se llama variable independiente y el flujo controlado se llama flujo dependiente. Para este tipo de estrategia de control, es muy importante tomar las siguientes consideraciones: 1. 2. 3. 4. 5. Ambas seales deben tener las mismas unidades. Ambas seales deben estar linealizadas o en forma cuadrtica. El rango de los controladores deben ser compatibles con las seales recibidas de un 0% a un 100%. Tomar en cuenta que en la medicin de fluidos la linealidad se pierde en los extremos de la medicin. Las caractersticas de los fluidos deben ser muy similares.Pgina 161 de 2207</p> <p>rea ELCTRICA, ELECTRNICA Y TELECOMUNICACIONES</p> <p>MEDICION EN EL CONTROL AUTOMATICOInstrumentos Activos - Pasivos.Instrumento ActivoUn ejemplo es un indicador de nivel de un tanque como se muestra en la figura.</p> <p>El cambio de nivel en el tanque mueve el brazo de un potencimetro y la seal de salida consiste en una proporcin de la fuente de voltaje externo aplicado en las terminales del potencimetro.</p> <p>Instrumento PasivoEn este ejemplo es un dispositivo de medicin de presin, la presin del fluido se traduce en movimiento de un apuntador contra una escala. La energa gastada moviendo el apuntador es derivada del cambio de presin medida, no hay otras entradas de energa al sistema.</p> <p>Pgina 161 de 2207</p> <p>rea ELCTRICA, ELECTRNICA Y TELECOMUNICACIONES</p> <p>Exactitud y Presin.ExactitudExactitud es la extensin en la cual la lectura puede ser incorrecta y generalmente se representa como un porcentaje de la escala completa de lectura de un instrumento.</p> <p>PrecisinPrecisin es un termino que describe el grado de libertad de un instrumento de alta precisin, entonces la dispersin de las lecturas ser muy pequea.</p> <p>ACCION DE CONTROL DIRECTA E INVERSADirectaLa accin directa se considera cuando a punto de ajuste constante, si la variable aumenta, la salida aumenta.</p> <p>InversaSe considera cuando a punto de ajuste constante si la variable aumenta la salida disminuye.</p> <p>Pgina 161 de 2207</p> <p>rea ELCTRICA, ELECTRNICA Y TELECOMUNICACIONES</p> <p>Alcance (SPAN)Diferencia algebraica entre los 2 valores alto y bajo de rango.</p> <p>AutorregulacinCaracterstica inherente del proceso la cual lleva a una condicin de equilibrio sin la intervencin de un control automtico.</p> <p>Banda ProporcionalLa gama de valores a travs de los cuales la variable controlada debe cambiar para causar que el elemento final de control se mueve de un extremo a otro.</p> <p>CavitacinLas cavidades de vapor no pueden existir con una presin aumentada y son forzadas a un colapso o implosin que produce ruido, vibracin, dao fsico.</p> <p>Circuito de ControlEs un sistema dentro del cual un cierto valor en magnitud debe ser mantenido dentro de limites, preestablecidos. Un circuito de control automtico (LOOP) puede ser manual o automtico.</p> <p>Constante de TiempoTiempo transcurrido para alcanzar el 63.2% de un cambio cuando tenemos la estabilidad en la medicin.</p> <p>Controlador AutomticoEn un mecanismo que mide el valor de una cantidad o condicin variable y opera para mantenerla dentro de sus limites.</p> <p>PosicionesAccin...</p>