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INSTRUMENTACIN INDUSTRIAL MDULO1

INSTRUMENTACIN INDUSTRIAL MDULO1 ING. EDUARDO VELASCO ABRIL-OCTUBRE 2014

INTRODUCCIN En todos los procesos es necesario medir, controlar y mantener constantes algunas magnitudes tales como: presin, caudal, nivel, temperatura, pH, conductividad, velocidad, humedad, etc.

Los instrumentos de medicin y control permiten el mantenimiento y regulacin de esas constantes.

OBJETIVO DEL CONTROL

Accin o conjunto de acciones que buscan conformar una magnitud variable, o conjunto de magnitudes variables, en un patrn determinado.

ESQUEMA GENERAL DE CONTROL

RAZONES PARA EL CONTROLSEGURIDAD

Preservar bajo cualquier condicin la integridad del personal y equipo involucrado en la operacin de los procesos.

ESTABILIDAD

Asegurar las condiciones de operacin de los procesos, para mantener en forma continua la calidad de los productos, dentro de los lmites especificados.

OPTIMIZACIN

Asegurar el mximo beneficio econmico en la operacin de los procesos.

PROTECCIN AMBIENTAL

Reducir a su mnima expresin el impacto ecolgico de los efluentes del proceso, para cumplir con todas las normatividades aplicables.

Para cumplir con el objetivo del control se requiere:Una unidad de medida Una unidad de controlUn elemento final de controlEl propio proceso

SISTEMA EN LAZO ABIERTO

SISTEMA EN LAZO CERRADO

Adems existen otro elementos definidos que intervienen en los lazos de control como:

Elemento de medidaEl transmisorEl indicadorEl registrador

La terminologa se ha unificado con el fin de que en el campo de la instrumentacin todos hablen el mismo lenguaje se utiliza las sugerencias de ANSI/ISA-S51.1-1979 (R 1993)

Que es la instrumentacin? Esta es un rea o campo que estudia los instrumentos.

Qu es un instrumento? Un instrumento es un objeto, dispositivo, proceso, sistema, en trminos generales algo que tiene un propsito u objetivo particular como funcin.

SEGN LA NORMA ISA

Un instrumento es un dispositivo directa o indirectamente usado para medir y/o controlar una variable. El termino incluye, elementos primarios, elementos finales de control, dispositivos de computo y dispositivos elctricos tales como anunciadores, interruptores y botones oprimibles (pushbuttons).

El termino no aplica a partes que son partes internas de un instrumento (como ejemplo diafragmas receptores o una resistencia).

CLASES DE INSTRUMENTOS

CIEGOS: Aquellos que no tienen indicacin visible de la variable.

Ejemplos: Presosttos, Termosttos, transmisores de caudal, presin, etc.

INDICADORES: Disponen de un escala graduada en la que puede leerse el valor de la variable.

REGISTRADORES: Registran con trazo continuo o a puntos la variable.

SENSORES: Captan la variable del proceso y envan una seal de salida predeterminada. Tambin se lo denomina detector o elemento primario.

TRANSMISORES: Captan la variable del proceso a travs del elemento primario y la transmiten a distancia en forma estndar:

En Voltaje de 0 a 5, 1 a 5 o de 0 a 10 voltios

En Corriente de 4 a 20 mA

En presin de 3 a 15 PSI o 0,2 a 1 Bar

TRANSDUCTORES: Reciben una seal de entrada en funcin de una o ms cantidades fsicas y la convierten modificada o no a una seal de salida.

Convierten la energa de entrada en otro tipo de energa a la salida.

CONVERTIDORES: Reciben una seal de entrada estndar y la convierten en otra seal de salida tambin estndar.

RECEPTORES: Reciben la seal procedente de los transmisores y las indican o registran.

CONTROLADORES: Comparan la variable controlada con un valor deseado y ejercen una accin correctiva de acuerdo con la desviacin.

ACTUADORES: Es el elemento final de control, recibe la seal del controlador y modifica las condiciones del proceso o sistema.

SENSORESUn sensor es un dispositivo que, a partir de la energa del medio en el que se mide, proporciona una seal de salida traducible que es funcin de la magnitud que se pretende medir.

CARACTERISTICAS ESTTICAS

Describen la actuacin de un sensor en RGIMEN PERMANENTE o con cambios muy lentos de la variable a medir.

ESPECIFICACIN DE SENSORESTodos los instrumentos deben ser especificados a un punto tal que aseguren la operacin del proceso y que permitan la estimacin de sus costos.

Exactitud: Capacidad del instrumento de medir el valor real de la variable o acercarse al valor de referencia.

Precisin: Capacidad del instrumento de que en varias mediciones siempre muestre el mismo valor.

EJEMPLOSRango de Medida (Range): Es el campo de medidas de la magnitud de entrada comprendido entre el mximo y el mnimo valor detectables por un sensor.

Alcance (SPAN): Es la diferencia algebraica entre los valores superior e inferior del campo de medida del instrumento.

Error: Expresa la diferencia entre la magnitud medida y la lectura instrumental. En toda aplicacin se deseara que el error fuese cero; sin embargo, todos los instrumentos modifican su comportamiento a lo largo de su vida y es comn calibrarlos de cuando en cuando.

Linealidad: Un transductor se dice que el lineal, si existe una constante de proporcionalidad nica que relaciona los incrementos de seal de salida con los correspondientes incrementos de seal de entrada, en todo el campo de medida

Los instrumentos ideales son lineales. De hecho, la mayora de los sistemas instrumentales comerciales tienen respuesta lineal. Si la respuesta no es lineal se tiene un error por no linealidad.

Campo de medida con Supresin de cero: Es el campo de medida en el que el valor cero de la variable o seal medida es menor que el valor inferior del campo.

20 a 50 PSI

Resolucin: Indica la capacidad del sensor para discernir entre valores muy prximos de la variable de entrada. Se mide por la mnima diferencia en dos valores prximos que el sensor es capaz de distinguir.

Se suele indicar en trminos de la variable fsica.

CONSULTA

Investigar y elaborar un organizador grfico sobre otras caractersticas estticas, como por ejemplo:

Incertidumbre de una medidaReproducibilidadRangeabilidadBanda muertaFiabilidadHistresisTemperatura de ServicioTrazabilidadColocar un ejemplo para cada uno.NOTA: COLOCAR LA BIBLIOGRAFA CORRESPONDIENTE EJERCICIOS REFERENTES AL TEMASe tienen un instrumento de medida con las siguientes caractersticas:

Determinar en cul de los tres casos el instrumento es ms preciso:Tiene una precisin del 0.5% del alcance.Tiene una precisin del 1% de la lectura efectuada.

Tiene una precisin del 0.5% del mximo valor del campo de medida

TEMPERATURA (C)Voltaje (Voltios)01020406080100EJERCICIOS REFERENTES AL TEMAPara una seal de entrada mostrada en porcentaje determine la salida para los diferentes transmisores:

Seal de entrada al transmisor (%)Seal de salida del transmisor de voltaje de 1 a 5 voltiosSeal de salida del transmisor de presin de 3 a 15 PSISalida del transmisor de corriente de4 a 20 mA0122434415363758192100EJERCICIOS REFERENTES AL TEMAPara la siguiente figura:

Determine la ecuacin caracterstica y llene la siguiente tabla:

EJERCICIOS REFERENTES AL TEMA

TEMPERATURA (C)Amperaje (mA)20253540607580EJERCICIOS REFERENTES AL TEMAPara el siguiente instrumento determine en F y en C:El rangoEl alcanceLa resolucin

PRINCIPIOS DE TRANSDUCCIN

Es la transformacin de un tipo de energa en seal elctrica o viceversa por medio de untransductor.

Los principios de transduccin son el fundamento fsico sobre el cual se asienta la conversin de una magnitud fsica a otra. Existe una gran variedad de estos.

CLASIFICACIN DE LOS TRANSDUCTORES

De acuerdo a la propiedad traducible:TemperaturaAbsorbencia de luzFlujoPresinDesplazamiento, etc.Principio de transduccin:pticoResistivoInductivoPiezoelctrico, etc.

PRINCIPIO DE TRANSDUCCIN POTENCIOMTRICOInvolucra la accin de desplazamiento moviendo el brazo de un potencimetro.

Este dispositivo convierte entonces un movimiento lineal o movimiento angular en un cambio de resistencia que puede ser convertido directamente a seales de corriente y/o voltaje.

Ejemplo: Flotador

PRINCIPIO DE TRANSDUCCIN CAPACITIVO

Hay tres formas de cambiar la capacidad:

variacin de la distancia entre las placas (d) variacin de la zona compartida de las placas (A) la variacin de la constante dielctrica (K).

Un circuito de CA puente u otro circuito electrnico activo se emplea para convertir el cambio de capacidad a una seal de corriente o de tensin.

PRINCIPIO DE TRANSDUCCIN CAPACITIVO

Constante dielctrica

Si entre las placas de un condensador plano introducimos un dielctrico, el campo elctrico, y por tanto la diferencia de potencial, disminuye como consecuencia de la polarizacin en su interior.

Al factor de disminucin se le llama constante dielctrica, y es un nmero adimensional caracterstico de cada material.

PRINCIPIO DE TRANSDUCCIN CAPACITIVO

PRINCIPIO DE TRANSDUCCIN CAPACITIVO

En la tabla se muestra la constante dielctrica y la resistencia dielctrica de algunos materiales.

PRINCIPIO DE TRANSDUCCIN CAPACITIVO

Un claro ejemplo de este principio de transduccin es el de los sensores de humedad utilizados en los invernaderos, o en las industrias, los cuales utilizan la variacin de las placas de un condensador para medir humedad relativa.

Sensor de humedad relativa capacitivo enchufable80 W, -40 ... +125 C | SHT71, 75

PRINCIPIO DE TRANSDUCCIN INDUCTIVO

Si un ncleo permeable (atraen campo magntico hacia su interior) se inserta en un inductor como se muestra en la Figura, se incrementa la inductanci