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Tema 1: Introducción a la Instrumentación Industrial

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2Profesor Miguel Ramírez F. 2Instrumentación Industrial

INTRODUCCION

• El gran desarrollo tecnológico actual en donde un gran número de productos nuevos impactan continuamente a la gente en los diferentes ámbitos sociales y esto en gran manera se debe a que la mayoría de los procesos que involucran a éstos procesos deben tener un excelente control en el procesomismo.


Introducción (2)

• En la industria se utiliza frecuentemente el concepto de Sistemas de Control y esto es debido a que en la industria existen dentro de sus procesos, variables importantes que deberán ser controladas o dirigidas de tal manera que el producto final cumpla con los estándares o normas de tal forma que el usuario consumidor se encuentre satisfecho para sí mismo o bien que sea un insumo de buena calidad que se integre a otro proceso e inclusive el tratamiento de éstas variables deberán ser de tal modo que brinde una mayor confiabilidad y seguridad al personal involucrado.


Campos de la Industria

Productor BásicoRecurso Natural Materia Prima

ManufactureraPieza no

ensambladaProductor Básico

Producto Terminado

TransformaciónMateria PrimaPieza no

ensamblada

IndustriaInsumo (Entrada) Producto (Salida)


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Giros de la Industria

Manufacturera

Metalmecánica

Farmacéutica

Automotriz

Del Plástico

Cerámica

Siderúrgica PapeleraEtc.


Enfoque de Sistemas

PROCESOReducción

Era de las Máquinas

Causa-EfectoMecanicismo

ENFOQUE DE SISTEMAS


Era de las Maquinas:Reduccionismo: Reducción

Descomposición en elementos simples últimos, partes indivisibles tal como el átomo en física, células en biología, sustancias simples en química e individuo en sociología. Origino el Análisis y por lo tanto el pensamiento analítico y se manejó análisis como sinónimo de pensamiento.

El análisis consiste en:

•Descomponer el total en partes independientes e indivisibles dela 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 organizacional•El entender el mundo se basaba en la suma o el resultado de sus partes y que eran conceptualizadas tan independientes una de otra como era posible. Y nacieron disciplinas virtualmente independientes


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Mecanicismo:Causa-Efecto.

Todo fenómeno podía ser explicado usando solamente una relación final simple, causa-efecto. Un evento era tomado como la causa de otro. Por lo cual no se tomaba en cuenta el medio ambiente


Era de enfoque de Sistemas

Conjunto de elementos de cualquier clase interrelacionadas, por ejemplo conceptos como el sistema numérico, objetos como en un sistema telefónico o en el cuerpo humano.

Se requiere:Al menos una propiedad o comportamiento de

cada parte del conjunto tiene un efecto en las propiedades o el comportamiento del conjunto como un todo. Por ejemplo, cada órgano del cuerpo humano afecta el funcionamiento de todo el cuerpo


Enfoque de Sistemas: Requerimientos

• Las propiedades y el comportamiento de cada parte así como la forma en que éstas afectan el todo, dependen de las propiedades y del comportamiento de al menos otra parte del conjunto. De aquí que ninguna parte puede tener un efecto independiente en el todo. Por ejemplo, el efecto que el corazón tiene en el cuerpo, depende a su vez del comportamiento de los pulmones.

• Cada posible subgrupo de elementos en el conjunto tiene las primeras dos propiedades. Cada uno tiene un efecto, y ninguno tiene un efecto independiente en el todo. De aquí que los elementos no puedan ser organizados en subgrupos independientes.

• Un sistema es más que la suma de sus partes es un todo indivisible. Nace el pensamiento sintético, algo a ser explicado es visto como parte de un sistema mayor.


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Enfoque de Sistemas: Definición

El tratamiento de la materia en cuestión se desarrollará tomando fundamentalmente el enfoque de sistemas y haciendo un resumen breve diremos:

• Un Sistema es un conjunto de elementos interrelacionados entre síque actúan como tal y cumple con un objetivo bien determinado.


SISTEMA DE CONTROL

Un Sistema de Control es un conjunto de elementos interrelacionados entre sí que permite comandar, regular o dirigir a otro sistema o a si mismo dinámicamente y pueden ser de lazo o bucle abierto o bien de lazo o bucle cerrado.


Sistema lazo abierto y lazo cerrado

SISTEMAEntrada

Lazo Abierto

Salida

SISTEMAEntrada

Lazo Cerrado

SISTEMADe Control

Salida


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Sistema Abierto

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

Lazo Abierto

SISTEMAProceso

Unidad DinámicaPlanta

Entrada

Convertidor óTransductor

Selección Referencial

Salida


Señales

• Es importante definir que en cualquier sistema para su actuación final se requieren de estímulos, es decir de señales que conlleven información útil al sistema en cuestión por lo que podemos definir que las entradas de un sistema son señales y éstas son estímulos que predisponen a actuar al sistema de tal forma que se produzca una respuesta, ésta predisposición de actuación la conocemos como función de transferencia.


Manipulación de las Variables de un Sistema de Control


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Variables

• En cada proceso y dependiendo del tipo de industria se tendrán diferentes variables de interés específico que deberán ser:

• Medidas,• Indicadas,

• Transmitidas y• Controladas

• Para lo cual se han desarrollado instrumentos específicos que pueden realizar una, varias o todas las actividades antes mencionadas.


Variables

• En un proceso industrial, los instrumentos son empleados para registrar de algún modo una o más variables importantes y que tienen un conjunto de características propias de medida y de control, además de las características estáticas y dinámicas.


Definiciones

• Medir una variable significa compararla con una unidad de medida para ver cuantas veces estácontenida esta última en la primera. Por ejemplo, el metro es la unidad de medida de longitud del Sistema Internacional, que originalmente se estableció como la diezmillonésima parte del cuadrante del meridiano terrestre, y hoy, con más precisión, se define como la longitud del trayecto recorrido en el vacío por la luz durante un tiempo de 1/299 792 458 de segundo.

• Medición: Proceso de medir, empleo de un instrumento que permite medir una variable.

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


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Definiciones

• Instrumentación: Técnica que tiene por objeto el estudio de instrumentos o aparatos de control automático

• Rango: Espectro o conjunto de valores de la variable medida que están comprendidas dentro del límite superior e inferior de la capacidad media o de transmisión del instrumento. Se expresa estableciendo los dos valores extremos

• Calibración: Es la verificación del instrumento contra un patrón o estándar conocido para reducir los errores de exactitud.

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


Definiciones

• Precisión: Es la tolerancia de medida o transmisión del instrumento y define los límites de los errores cometidos cuando el instrumento es empleado en condiciones normales de operación y servicio. Generalmente se da en porcentaje de acuerdo al alcance o rango, de acuerdo a la unidad de la variable, de acuerdo a la lectura o de acuerdo al valor máximo.


Definiciones

Error: Es la diferencia algebraica entre el valor leído o transmitido por el instrumento y el valor real de la variable medida,

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

ajuste o calibración, mala operación o de cálculo o computo)

• Sistemáticos (desgaste o defecto o efecto del medio ambiente) y

• al azar (los que no se pueden establecer directamente).


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Instrumento

• El diccionario define este termino como:

• “Máquina o herramienta que sirve para producir cierto trabajo”. Pero que también podemos definir como Dispositivo que se emplea para determinar el valor o magnitud de una cantidad o variable


Clasificación de los Instrumentos

• Los instrumentos pueden clasificarse bajo dos enfoques:

• Funciones del Instrumento • Funciones de la Variable


En función del Instrumento

Visual• Instrumentos Ciegos: por ejemplo los termostatos ,

presostátos (interruptores de presión y temperatura respectivamente) y generalmente lo son los instrumentos dedicados a indicar alguna alarma. También lo pueden ser los Transmisores de caudal, presión, temperatura, nivel y que no indican visualmente su medida.

• Instrumentos Indicadores: Integran algún elemento visible para observar el valor de la variable inclusive de forma digital mediante desplegadores como los de 7 segmentos.

• Instrumentos Registradores: registran en forma continua y generalmente en papel o almacenamiento las variables, generalmente es en papel ya sea de tipo numérico o en trazos.


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En Relación con la variable de medición

• ELEMENTO PRIMARIO: El instrumento puede contener un dispositivo que actúa como elemento primario que está en contacto con la variable y utilizan o absorben energía del medio para dar al sistema de medición una indicación en respuesta a la variación de la variable controlable. El efecto del elemento primario puede ser cambio de presión, fuerza, posición, medida eléctrica, etc.– Ejemplos: 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 del elemento primario y la trasmiten a distancia en forma de señal neumática en margen de 3 a 15 psi (4 a 20 mA, 0.21 a 1 kg /cm2). Se le llaman Transmisores inteligentes si envía una señal digital que es compatible a una computadora.

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


En Relación con la variable de medición

• TRANSDUCTOR: Produce una señal de salida en base a una señal de entrada que es función de una o más cantidades físicas que puede o no ser modificada. Los elementos primarios pueden ser transductores, también lo es un transmisor y convertidores como por ejemplo el convertidor de Presión de Proceso a corriente ó a señal neumática (PP/I y PP/P respectivamente).

• Ejemplos de Transductores


En función de acoplamiento

CONVERTIDORES: Son instrumentos que reciben una señal de entrada procedente de un instrumento y después de modificarla envían la resultante en forma de señal de salida estándar.(También se le llama selector de referencia, ya que dada un parametro físico de entrada al convertirse en forma seleccionada se tiene una 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 los transmisores y las indican o registran. Existen receptores de control que envían una señal adicional de salida normalizada a los valores de señal neumática o señal electrónica.


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Acoplamiento o acondicionador

TEMPERATURA

CORRIENTE

10, 5

20,10 30,15


En función del Control

• Controladores: Compara la variable controlada (Presión, nivel, temperatura) con un valor deseado y ejercer una acción correctiva de acuerdo con la desviación obtenida de acuerdo a un valor pre-establecido. La variable a controlar (Presión, nivel, temperatura) puede ser tomada en forma directa o indirectamente.

• Elemento Final de Control: Recibe la señal del controlador y modifica el caudal del fluido o agente de control. Puede ser una válvula neumática, un servomotor y que son comandados por algún controlador.


Sistema de Control


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