introducción a la instrumentación industrial

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  • Ingeniera Mecnica 1

    Introduccin a la Instrumentacin Industrial

    Donal Gildardo Estrada Cifuentes1, Jorge Ivn Cifuentes Castillo2

    cifuentes-9@hotmail.com jorgeivan96@hotmail.com

    1 Estudiante del curso de instrumentacin mecnica de la Escuela de Mecnica,

    Universidad de San Carlos de Guatemala, 01012 2 Catedrtico del curso de instrumentacin mecnica de la Escuela de Mecnica,

    Universidad de San Carlos de Guatemala, 01012

    Abstract

    Industrial instrumentation is a discipline of metrology, along with control, seeks to measure, monitor and control industrial processes of a business, this in order to ensure the quality, costs with poor quality related and optimize resources. An important component is the control instrumentation, which uses transmitters to create feedback loops that allow the system to minimize errors, especially those associated with human intervention. The transmitters may be pneumatic, electric or radio, depending on the specific needs of the control loop. There are several variables to be measured in an industrial plant, among them are: flow, pressure, temperature and level. Also to ensure the reliability and accuracy of the instruments periodic calibration of pressure gauges, flow meters, thermometers, etc. is necessary. Keywords: Industrial Instrumentation, Fluid, Transmitters, Meters, Flow, Temperature, Pressure, Level, Calibration, Mechanical Engineering.

    Resumen

    La instrumentacin industrial es una disciplina de la metrologa que, junto con el control, busca medir, monitorear y controlar los procesos industriales de una empresa, esto con el fin de regular la calidad, los costos asociados a la mala calidad y optimizar los recursos. Un componente importante en la instrumentacin es el control, el cual utiliza transmisores para crear lazos que permitan retroalimentar el sistema y reducir al mnimo los errores, especialmente los asociados a la intervencin humana. Los transmisores pueden ser neumticos, elctricos o de radio, dependiendo de las necesidades especficas del lazo de control. Existen diversas magnitudes que deben ser medidas en una planta industrial, entre ellas destacan: caudal, presin, temperatura y nivel. Asimismo para garantizar la confiabilidad y exactitud de los instrumentos se hace necesaria la calibracin peridica de los manmetros, caudalmetros, termmetros, etc.

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    Palabras clave: Instrumentacin Industrial, Fluidos, Transmisores, Medidores, Caudal, Temperatura, Presin, Nivel, Calibracin, Mecnica, Ingeniera. Objetivos 1. Determinar la importancia de la

    instrumentacin y el control en las plantas de produccin.

    2. Establecer la relacin entre optimizacin y un buen sistema de control en caudales para la industria.

    3. Nombrar criterios necesarios para seleccionar un buen instrumentos de medicin, ya sea en temperatura, nivel o presin.

    1. Introduccin La instrumentacin industrial surge como respuesta a la necesidad de controlar los procesos industriales. En una planta los procesos industriales pueden ser de distinta naturaleza, pero generalmente se requiere el control de determinadas magnitudes como temperatura, presin, flujo, conductividad, etc. (Enrquez, 2012). Segn Enrquez (2012): Sistema de control se puede definir como: un sistema que compara el valor de una variable a controlar con un valor deseado y cuando existe una desviacin, efecta una accin de correccin sin que exista intervencin humana. De forma general, un sistema de control se compone de:

    Una unidad de medida Un indicador El registrador Un elemento final de control El propio proceso a controlar

    Dichos elementos integran lo que se denomina el lazo de control, donde el mismo puede ser cerrado o abierto (Enrquez, 2012).

    Figura 1. Sistema de lazo de control abierto.

    Fuente: Enrquez, G. (2012). 2. Conceptos bsicos y generales de instrumentacin Algunos conceptos generales extrados de la norma ANSI / ISA 5.1 revisin 2009: a. Instrumentacin primaria: consiste en

    medir, monitorear, controlar, o calcular los dispositivos y funciones de equipos y sus funciones inherentes y de software que incluyen: transmisores, registradores, controladores, vlvulas de control, seguridad auto-accionado y dispositivos de control y funciones de software.

    b. Instrumentacin secundaria: consiste en medir, monitorear o el control de dispositivos y equipo que incluyen: medidores de nivel, medidores de presin, termmetros y reguladores de presin.

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    c. Instrumentacin auxiliar: consta de

    dispositivos y equipo que miden, controlan o calcular, y que son necesarios para el funcionamiento eficaz de los elementos primarios o secundarios; que incluyen: el clculo de los dispositivos de purga, medidores, sistemas de manipulacin de muestras, y los conjuntos de instrumentacin de aire.

    d. Controlador: un dispositivo que tiene una salida que varia para regular una variable controlada de una manera especifica.

    e. Convertidor: Dispositivo que recibe seal de informacin desde un instrumento de una forma y enva una seal hacia una salida bajo otra forma.

    f. Elemento final de control: El dispositivo que directamente controla el valor de la variable manipulada de un lazo de control a menudo resulta ser una vlvula de control.

    g. Instrumento: un dispositivo usado directa o indirectamente para medir y/o controlar una variable. El trmino incluye elementos primarios, elementos finales de control, dispositivos computacionales, y dispositivos elctricos tales como anunciadores, interruptores y pulsadores.

    h. Instrumentacin: Una coleccin de instrumentos o su aplicacin para el propsito de observar, medir, controlar o combinaciones de estas.

    i. Sensor: parte de un lazo o un instrumento que primero detecta el valor de la variable de un proceso y que asume el valor correspondiente predeterminado para el estado de la salida. Se le conoce tambin como detector o elemento primario.

    j. Interruptor: Dispositivo que conecta, desconecta, selecciona o transfiere

    uno o ms circuitos y no esta designado como un controlador, como un rel o como una vlvula de control.

    k. Transductor: trmino general para un dispositivo que recibe informacin de una o ms formas de cantidades fsicas, modificando esta informacin y/o su forma produciendo una seal de salida.

    l. Transmisor: Dispositivo que detecta la variable de un proceso por medio de un sensor y tiene una salida cuyo valor en el estado estable varia como una funcin predeterminada de la variable del proceso. El sensor puede o no estar integrado al transmisor

    2. Transmisores Un transmisor es un dispositivo que convierte una seal muy pequea a una seal utilizable. Los transmisores usados en la industria generalmente utilizan seales elctricas pequeas como: microvoltios (V), milivoltios (mV), miliamperios (mA) o frecuencia en seales mayores de tensin elctrica, intensidad o frecuencia (0-10V 4-20mA). Generalmente un transmisor se vale de amplificadores operacionales para amplificar y linealizar la seal de salida (Enrquez, 2012). Los transmisores tambin pueden funcionar con seales neumticas; de 3 a 15psi (0.21-1.05kg/cm2). El elemento primario puede formar o no parte integral del transmisor; el primer caso lo constituye un transmisor de temperatura de bulbo y capilar y el segundo un transmisor de caudal con la

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    placa orificio como elemento primario (Creus, 2011).

    Transmisor Principio Exactitud Des-ventajas

    Neumtico Sistema tobera obturador y bloques amplifica-dores

    0.5 % Suscepti-bles a mal funciona-miento por partculas de polvo o aceite

    Electrnico Detecto-res de inductan-cia, o transfor-madores diferen-ciales o barra de equilibrio de fuerza

    0.5 % No puede guardar seales

    Digital Serie de impulsos en formas de bits (cdigo binario)

    Hasta 0.1 %

    Falta de normali-zacin y respuesta frecuen-cial defectuo-sa

    Radio Seales de 902 a 928 MHz en banda ISM modula-das en dispersin

    Hasta 0.1 %

    Complica-ciones con regula-ciones estatales

    Tabla 1. Tipos de Transmisores.

    Fuente: Propia en base a informacin recopilada de Creus, A. (2011). 3. Medidores de flujo de fluidos 3.1. Medicin de caudal Medir el caudal es necesario en la industria se hace por dos razones: contabilidad y

    control de procesos. La primera atiende a la necesidad de medir la transferencia de fluido entre procesos, usuarios o entre suministrador y cliente. El segundo se utiliza para optimizar rendimientos en las unidades de produccin aplicando balance de materia (Acedo, 2013). Existen diversos tipos de medidores de caudales, entre ellos:

    Medidores de rea variable Medidores por desplazamiento

    positivo Medidores msicos Medidores por presin diferencial Medidores electromagnticos Medidores tipo turbina (Acedo,

    2013). 3.1.1. Medidores de rea variable Los medidores de rea variable, tambin conocidos como rotmetros, se basan en la relacin entre la energa cintica y la energa de presin. En el rotmetro el rea de restriccin cambia al tiempo que el caudal, pero la presin diferencial se mantiene constante (Acedo, 2013).

    Figura 2. Forma simplificada de un rotmetro.

    Fuente: Acedo, J. (2013).

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