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Tema 1: Introducción Variables medibles y controlables en la Variables medibles y controlables en la industria. Instrumentación Industrial Prof. Miguel G. Ramírez F.

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Tema 1: IntroducciónVariables medibles y controlables en laVariables medibles y controlables en la

industria.

Instrumentación Industrial

Prof. Miguel G. Ramírez F.

INTRODUCCION

• El gran desarrollo tecnológico actual endonde un gran número de productosnuevos impactan continuamente a lagente en los diferentes ámbitos sociales yesto en gran manera se debe a que lamayoría de los procesos que involucran aéstos procesos deben tener unexcelente control en el procesomismo.

Profesor Miguel Ramírez F. 2Instrumentación Industrial

Introducción (2)

• En la industria se utiliza frecuentemente elconcepto de Sistemas de Control y esto esdebido a que en la industria existen dentro dedebido a que en la industria existen dentro desus procesos, variables importantes quedeberán ser controladas o dirigidas de talgmanera que el producto final cumpla conlos estándares o normas de tal forma queel usuario consumidor se encuentreel usuario consumidor se encuentresatisfecho para sí mismo o bien que sea uninsumo de buena calidad que se integre a otroproceso e inclusive el tratamiento de éstasproceso e inclusive el tratamiento de éstasvariables deberán ser de tal modo que brindeuna mayor confiabilidad y seguridad al

l i l dProfesor Miguel Ramírez F. 3Instrumentación Industrial

personal involucrado.

Campos de la Industria

IndustriaInsumo (Entrada) Producto (Salida)

Productor i iBásicoRecurso Natural Materia Prima

TransformaciónMateria PrimaPieza no

ensamblada

ManufactureraPieza no

ensambladaProductor Básico

Producto Terminado

Profesor Miguel Ramírez F. 4Instrumentación Industrial

ensamblada

Giros de la Industria

M fA i ManufactureraAutomotriz

MetalmecánicaDel Plástico

FarmacéuticaCerámica

Siderúrgica PapeleraEtc.

Profesor Miguel Ramírez F. 5Instrumentación Industrial

Enfoque de Sistemas

PROCESOReducción

E d l Causa-EfectoPROCESOEra de las Máquinas

Causa EfectoMecanicismo

ENFOQUE DE SISTEMASENFOQUE DE SISTEMAS

Profesor Miguel Ramírez F. 6Instrumentación Industrial

Era de las Maquinas:Reduccionismo: ReducciónReduccionismo: Reducción

Descomposición en elementos simples últimos, partes indivisibles tal comop p , pel átomo en física, células en biología, sustancias simples en química eindividuo en sociología. Origino el Análisis y por lo tanto el pensamientoanalítico y se manejó análisis como sinónimo de pensamiento.

El análisis consiste en:

•Descomponer el total en partes independientes e indivisibles dela cual esta compuestola cual esta compuesto•Explicar el comportamiento de las partes•Agregar estas explicaciones parciales en una explicación del todo•Nacen ideas como División del Trabajo, Estructura organizacionalj , g•El entender el mundo se basaba en la suma o el resultado de suspartes y que eran conceptualizadas tan independientes una de otracomo era posible. Y nacieron disciplinas virtualmenteindependientes

Profesor Miguel Ramírez F. 7Instrumentación Industrial

independientes

Mecanicismo:C Ef tCausa-Efecto.

Todo fenómeno podía ser explicado usandosolamente una relación final simple,causa-efecto. Un evento era tomadocomo la causa de otro. Por lo cual no setomaba en cuenta el medio ambiente

Profesor Miguel Ramírez F. 8Instrumentación Industrial

Era de enfoque de Sistemas

Conjunto de elementos de cualquier claseinterrelacionadas por ejemplo conceptos comointerrelacionadas, por ejemplo conceptos comoel sistema numérico, objetos como en unsistema telefónico o en el cuerpo humano.p

Se requiere:Al menos una propiedad o comportamiento dep p p

cada parte del conjunto tiene un efecto enlas propiedades o el comportamiento delconjunto como un todo. Por ejemplo, cadaórgano del cuerpo humano afecta elfuncionamiento de todo el cuerpo

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funcionamiento de todo el cuerpo

Enfoque de Sistemas: Requerimientos

• Las propiedades y el comportamiento de cada parteasí como la forma en que éstas afectan el todo,dependen de las propiedades y del comportamientode al menos otra parte del conjunto. De aquí queninguna parte puede tener un efecto independiente en eltodo. Por ejemplo, el efecto que el corazón tiene en elcuerpo, depende a su vez del comportamiento de lospulmones.

• Cada posible subgrupo de elementos en el conjuntop g p jtiene las primeras dos propiedades. Cada uno tieneun efecto, y ninguno tiene un efecto independiente en eltodo. De aquí que los elementos no puedan serq q porganizados en subgrupos independientes.

• Un sistema es más que la suma de sus partes es untodo indivisible Nace el pensamiento sintético algo a

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todo indivisible. Nace el pensamiento sintético, algo aser explicado es visto como parte de un sistema mayor.

Enfoque de Sistemas: Definición

El tratamiento de la materia en cuestión seEl tratamiento de la materia en cuestión sedesarrollará tomando fundamentalmenteel enfoque de sistemas y haciendo unel enfoque de sistemas y haciendo unresumen breve diremos:

• Un Sistema es un conjunto de• Un Sistema es un conjunto deelementos interrelacionados entre síque actúan como tal y cumple con unque actúan como tal y cumple con unobjetivo bien determinado.

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SISTEMA DE CONTROL

Un Sistema de Control es un conjunto deelementos interrelacionados entre sí queelementos interrelacionados entre sí quepermite comandar, regular o dirigir a otrosistema o a si mismo dinámicamente ysistema o a si mismo dinámicamente ypueden ser de lazo o bucle abierto o biende lazo o bucle cerradode lazo o bucle cerrado.

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Sistema lazo abierto y lazo cerrado

SISTEMAEntrada

Lazo Abierto

Salida

Lazo Abierto

SISTEMAEntrada SalidaSISTEMA

SISTEMA

Lazo Cerrado

SISTEMADe Control

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Lazo Cerrado

Sistema Abierto

• Al Sistema de lazo abierto también se le puederepresentar de la siguiente manera:representar de la siguiente manera:

SISTEMAProceso

Convertidor óTransductor S lidProceso

Unidad DinámicaPlanta

Entrada TransductorSelección

Referencial

Salida

Lazo Abierto

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Señales

• Es importante definir que en cualquier sistemap q qpara su actuación final se requieren deestímulos, es decir de señales que conlleveni f ió útil l i t tió linformación útil al sistema en cuestión por loque podemos definir que las entradas de unsistema son señales y éstas son estímulossistema son señales y éstas son estímulosque predisponen a actuar al sistema de talforma que se produzca una respuesta, éstaq p p ,predisposición de actuación la conocemos comofunción de transferencia.

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Manipulación de las Variables de un Sistema de Control

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Variables

• En cada proceso y dependiendo del tipo deindustria se tendrán diferentes variables deindustria se tendrán diferentes variables deinterés específico que deberán ser:

• Medidas• Medidas,• Indicadas,

• Transmitidas y• Transmitidas y• Controladas

P l l h d ll d i t t• Para lo cual se han desarrollado instrumentosespecíficos que pueden realizar una, varias otodas las actividades antes mencionadas

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todas las actividades antes mencionadas.

Variables

• En un proceso industrial los• En un proceso industrial, losinstrumentos son empleados pararegistrar de algún modo una o másregistrar de algún modo una o másvariables importantes y que tienenun conjunto de característicasun conjunto de característicaspropias de medida y de control,además de las característicasademás de las característicasestáticas y dinámicas.

Profesor Miguel Ramírez F. 18Instrumentación Industrial

Definiciones

• Medir una variable significa compararla con unaunidad de medida para ver cuantas veces estáunidad de medida para ver cuantas veces estácontenida esta última en la primera. Por ejemplo, elmetro es la unidad de medida de longitud del SistemaInternacional que originalmente se estableció como laInternacional, que originalmente se estableció como ladiezmillonésima parte del cuadrante del meridianoterrestre, y hoy, con más precisión, se define como lalongitud del trayecto recorrido en el vacío por la luzlongitud del trayecto recorrido en el vacío por la luzdurante un tiempo de 1/299 792 458 de segundo.

• Medición: Proceso de medir, empleo de un instrumentoit di i blque permite medir una variable.

• Instrumento: Dispositivo empleado para determinar elvalor o magnitud de una cantidad o variable

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g

Definiciones

• Instrumentación: Técnica que tiene por objeto elestudio de instrumentos o aparatos de controlautomáticoautomático

• Rango: Espectro o conjunto de valores de la variablemedida que están comprendidas dentro del límitesuperior e inferior de la capacidad media o desuperior e inferior de la capacidad media o detransmisión del instrumento. Se expresa estableciendolos dos valores extremos

• Calibración: Es la verificación del instrumento contra unpatrón o estándar conocido para reducir los errores deexactitud.

• Exactitud: Indica la desviación de una lectura conrespecto a una lectura conocida. La exactitud puedemejorarse por medio de la calibración pero no más alláde la precisión del instrumento.

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Definiciones

• Precisión: Es la tolerancia de medida o• Precisión: Es la tolerancia de medida otransmisión del instrumento y define loslímites de los errores cometidos cuando elinstrumento es empleado en condicionesnormales de operación y servicio.Generalmente se da en porcentaje deacuerdo al alcance o rango, de acuerdo al id d d l i bl d d lla unidad de la variable, de acuerdo a lalectura o de acuerdo al valor máximo.

Profesor Miguel Ramírez F. 21Instrumentación Industrial

Definiciones

Error: Es la diferencia algebraica entre el valorleído o transmitido por el instrumento y elleído o transmitido por el instrumento y elvalor real de la variable medida,

Pueden ser:Pueden ser:• Brutos (errores humanos, mala lectura, mal

ajuste o calibración, mala operación o de cálculoo computo)

• Sistemáticos (desgaste o defecto o efecto delmedio ambiente) ymedio ambiente) y

• al azar (los que no se pueden establecerdirectamente).

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directamente).

Instrumento

• El diccionario define este termino como:El diccionario define este termino como:

“Má i h i t i• “Máquina o herramienta que sirve paraproducir cierto trabajo”. Pero quet bié d d fi itambién podemos definir comoDispositivo que se emplea parad t i l l it d ddeterminar el valor o magnitud de unacantidad o variable

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Clasificación de los Instrumentos

• Los instrumentos pueden clasificarse bajodos enfoques:q

• Funciones del Instrumento• Funciones del Instrumento • Funciones de la Variable

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En función del Instrumento

Visual• Instrumentos Ciegos: por ejemplo los termostatos ,

presostátos (interruptores de presión y temperaturapresostátos (interruptores de presión y temperaturarespectivamente) y generalmente lo son losinstrumentos dedicados a indicar alguna alarma.También lo pueden ser los Transmisores de caudalTambién lo pueden ser los Transmisores de caudal,presión, temperatura, nivel y que no indican visualmentesu medida.

• Instrumentos Indicadores: Integran algún elementoInstrumentos Indicadores: Integran algún elementovisible para observar el valor de la variable inclusive deforma digital mediante desplegadores como los de 7segmentos.

• Instrumentos Registradores: registran en formacontinua y generalmente en papel o almacenamiento lasvariables, generalmente es en papel ya sea de tipo

é i t

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numérico o en trazos.

En Relación con la variable de medición

• ELEMENTO PRIMARIO: El instrumento puede contener undispositivo que actúa como elemento primario que está en contactocon la variable y utilizan o absorben energía del medio para dar aly g psistema de medición una indicación en respuesta a la variación dela variable controlable. El efecto del elemento primario puede sercambio de presión, fuerza, posición, medida eléctrica, etc.– Ejemplos: el bulbo y capilar: variación de presión del fluido que los llenaEjemplos: el bulbo y capilar: variación de presión del fluido que los llena– Termopar: Variación de la fuerza electromotriz.

• TRANSMISORES. Captan la variable de proceso a través delelemento primario y la trasmiten a distancia por ejemplo en formade señal neumática en margen de 3 a 15 psi (4 a 20 mA 0 21 a 1de señal neumática en margen de 3 a 15 psi (4 a 20 mA, 0.21 a 1kg /cm2). Se le llaman Transmisores inteligentes si envía una señaldigital que es compatible a una computadora.

– El elemento primario puede formar o no parte integral deltransmisor: Por ejemplo el transmisor de temperatura de bulbo ycapilar es un transmisor y una placa de orificio es solamente unelemento primario..

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En Relación con la variable de medición

• TRANSDUCTOR: ProduceTRANSDUCTOR: Produceuna señal de salida en base auna señal de entrada que esfunción de una o más

tid d fí i dcantidades físicas que puede ono ser modificada. Loselementos primarios puedenser transductores, también lo • Ejemplos de Transductores,es un transmisor yconvertidores como porejemplo el convertidor dePresión de Proceso a corrientePresión de Proceso a corrienteó a señal neumática (PP/I yPP/P respectivamente).

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En función de acoplamiento

CONVERTIDORES: Son instrumentos que reciben una señal deentrada procedente de un instrumento y después de modificarlaentrada procedente de un instrumento y después de modificarlaenvían la resultante en forma de señal de salida estándar.(Tambiénse le llama selector de referencia, ya que dada un parametro físicode entrada al convertirse en forma seleccionada se tiene unavariable de referencia)variable de referencia)

Ejemplos:– Termopar: Convertidor de Voltaje a corriente: 0-25 mV a un sistema

electrónico de 4 a 20 mA– P/I: Convertidor de Presión (Señal neumática 3-15 psi) a señal

electrónica: 4 a 20 mA– I/P: Convertidor de Señal electrónica ( 4-20 mA) a Salida neumática.

RECEPTORES: Reciben las señales que proceden de losRECEPTORES: Reciben las señales que proceden de lostransmisores y las indican o registran. Existen receptores de controlque envían una señal adicional de salida normalizada a los valoresde señal neumática o señal electrónica.

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Acoplamiento o acondicionador

CORRIENTE 20,10 30,15

10, 5

TEMPERATURATEMPERATURA

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En función del Control

• Controladores: Compara la variable controlada(Presión nivel temperatura) con un valor(Presión, nivel, temperatura) con un valordeseado y ejercer una acción correctiva deacuerdo con la desviación obtenida de acuerdo

l t bl id L i bla un valor pre-establecido. La variable acontrolar (Presión, nivel, temperatura) puedeser tomada en forma directa o indirectamente.ser tomada en forma directa o indirectamente.

• Elemento Final de Control: Recibe la señaldel controlador y modifica el caudal del fluido oagente de control. Puede ser una válvulaneumática, un servomotor y que soncomandados por algún controlador

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comandados por algún controlador.

Sistema de Control

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