Evolución de la instrumentación instrumentación Antes de comenzar con la evolución de la instrumentación, primeramente debemos de conocer el significado de esta palabra ¿Qué es la instrumentación? Esta es un área o campo que estudia los instrumentos y ¿Qué es un instrumento? Un instrumento es un objeto, dispositivo, proceso, sistema, en términos generales algo que tiene un propósito u objetivo particular como función. Luego un instrumento puede ser un lápiz, un vaso un voltímetro, etcétera; la función de un lápiz es como instrumento de escritura, un vaso sirve para contener un líquido luego es un instrumento de almacenamiento, y por ultimo un voltímetro es un instrumento que sirve para medir voltaje. El hombre desde sus primeros pasos sobre la tierra enfrentó él desafió de la vida y la supervivencia. Conforme este evoluciono, en algún momento surgió la idea o muy probablemente la necesidad nec esidad de comparar, de cuantificar, de medir. Seguramente Segura mente la mayoría de nosotros conoce historias de hechos antiguos, algunos de estos hechos relatados en el libro más universal de la civilización humana, la Biblia; la famosa arca de Noé para salvarse del diluvio universal, la cual media 300 “codos” de largo; por supuesto existen relatos donde se menciona el uso de la “vara” para medir distancias y como olvidar la legendaria “milla” de los tiempos romanos, la cual consistía de la distancia de mil pasos caminada por un centurión romano. La curiosidad del hombre es insaciable y desde tiempos remotos se ha maravillado ante la madre naturaleza, como olvidar a los grandes sabios griegos, que en su afán de conocimiento estudiaron la tierra, las estrellas, las formas, seguramente Pitágoras, Arquímedes hicieron uso de instrumentos de medición: varas, compases, balanzas etcétera. El desarrollo del hombre y la ciencia ha sido paralelo al de los instrumentos de medición, existe una vieja máxima que dice: “No se puede controlar lo que no se ha medido”.
Es evidente que el avance del hombre ha implicado la necesidad de controlar, y por ende la de medir.
IMPORTANCIA DE LA INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL Los procesos industriales tienen como función la de transformar, semielaborar, elaborar, las materias primas que sirven de entrada al proceso y convertirlos en productos acabados o semiacabados como salidas del mismo proceso. Para ello requiere de un conjunto de equipos, maquinas, controles que en su integración permiten la modificación de las materias de entrada al proceso en productos de salida del proceso.
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Para realizar las transformaciones de los productos de entrada es necesario así como la integración del conjunto de equipos y maquinas los instrumentos que se encargaran de indicar la magnitud de las variables operacionales, instrumentos que se encargaran de transmitir hasta los controladores las señales eléctricas que serán proporcionales a la magnitud de la variable operacional censada, instrumentos que serán los elementos finales de control en el proceso, así como otros instrumentos que trabajaran como equipos o dispositivos de seguridad. Hoy día es inimaginable una industria sin instrumentos. Como un ejemplo de esta realidad, se muestra en la siguiente figura el esquemático pictórico una industria de elaboración de papel, donde se presenta la integración del conjunto de máquinas y equipos que se utilizan para la transformación de las materias primas que entran al proceso, con las del papel como producto acabado, que salen del mismo. En estos procesos industriales se hace necesario a lo largo de las diferentes etapas que conforman las líneas de producción, elaboración, o modificación de los productos, de un conjunto de instrumentos para realizar las diferentes mediciones y controles de las variables operacionales del proceso tales como (Temperatura, Nivel, Presión, Caudal, PH, Densidad, Humedad, Velocidad, etc.) Las cuáles serán las variables operacionales representativas de cada una de las etapas que conforman la industria y a las cuales será necesario controlar y así buscar la garantía que los productos de cada etapa y por ende los productos finales del proceso industrial se correspondan con las especificaciones que se esperan de ellos. Para esto es necesario tener un conjunto de instrumentos que permitan medir y controlar, en cada uno de los equipos que integran la industria, las variables operacionales determinantes de cada etapa del mismo.
Clasificación de los instrumentos instrumentos Estos instrumentos estarán clasificados según:
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La variable operacional a la que pertenecen: Temperatura. Nivel Caudal. Presión. Etc.
La función que cumple el instrumento.
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Indicar. Transmitir. Controlar. Registrar
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1) 2) 3) 4) 5) 6)
El tipo de instrumento. Mecánicos. Eléctricos. Electromecánicos. Electrónicos. Neumáticos. Hidráulicos
La aplicación de la Instrumentación Industrial es fundamental en los controles de los procesos industriales, los cuales son cada vez más sofisticados para garantizar que las acciones que se realizan para transformar la materia prima y los demás insumos de la industria se corresponden con los requerimientos recientes de seguridad en la operación de los equipos, un control más estricto de calidad de los productos, de mayores eficiencias energéticas y la preservación del medio ambiente. Para ello se hace necesario que el conjunto de instrumentos utilizados estén acordes a las tecnologías actuales. Las funciones propias de los instrumentos: indicar, transmitir, controlar, registrar debe aplicársele a cada variable operacional relevante en cada una de las diferentes etapas que conforman la industria. Estas aplicaciones de las diferentes funciones de los instrumentos se ejemplariza en la siguiente figura, donde se observan como son necesarios los mismos para tener, transmisores, control, registro y los elementos finales de control, para la atención de los lazos de control de las diferentes variables operacionales del proceso industrial y los indicadores que estarán conjuntamente con los equipos para permitir que los operadores visualicen la magnitud de las variables
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Proceso industrial del petróleo La industria petrolera incluye procesos globales de exploración, extracción, refino, transporte (frecuentemente a través de buques petroleros y oleoductos) y mercadotecnia de productos del petróleo. Los productos de mayor volumen en la industria indu stria son combustibles ( fueloil fueloil ) y gasolina. El petróleo es la materia prima de muchos productos químicos incluyendo productos farmacéuticos, disolventes, fertilizantes, pesticidas y plásticos. La industria del petróleo se divide normalmente en tres fases: 1. "Upstream" : Exploración y producción. 2. "Midstream" : Transporte, procesos y almacenamiento. 3. "Downstream" : Refino, venta y distribución. Las operaciones medias generalmente se incluyen en la categoría final. El petróleo es un producto esencial para muchas industrias, y es de vital importancia para el mantenimiento de la misma civilización industrializada, por lo que se considera una industria crítica en la mayoría de las naciones. El petróleo alimenta un porcentaje muy alto del consumo de energía del mundo, entre el 32% de Europa y Asia hasta el 53% de Oriente Medio. En otras regiones geográficas el peso energético del petróleo es el siguiente: Sudamérica y América Central (44%), África (41%) y Norteamérica (40%). El mundo en general consume 30 billones de barriles (4.8 km3) de petróleo por año, y los mayores consumidores son en su mayoría el grupo de naciones más desarrolladas. De hecho, el 24% del petróleo consumido en el año 2004 se le atribuye a Estados Unidos en su totalidad. totalidad.1 La producción, distribución, refino y venta del petróleo tomados éstos como uno solo, representan la industria mas grande en términos de valor en dólares en la Tierra.
Sistemas en lazo cerrado: DEFINICION Y CARACTERÍSTICAS Los sistemas de control realimentados se denominan también sistemas de control de lazo cerrado. En la práctica, los términos control realimentado y control en lazo cerrado se usan indistintamente. En un sistema de control en lazo cerrado, se alimenta al controlador la señal de error de actuación, que es la diferencia entre la señal de entrada y la salida de realimentación (que puede ser la señal de salida misma o una función de la señal de salida y sus derivadas o/y integrales) a fin de reducir el error y llevar la salida del sistema a un valor conveniente. El término control en lazo cerrado siempre implica el uso de una acción de control realimentando para reducir el error del sistema.
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Sistemas en lazo abierto: DEFINICIÓN Y CARACTERÍSTICAS Son los sistemas en los cuales la salida no afecta la acción de control. En un sistema en lazo abierto no se mide la salida ni se realimenta para compararla con la entrada. En cualquier sistema de control en lazo abierto, la salida no se compara con la entrada de referencia. Por tanto a cada entrada de referencia le corresponde una condición operativa fija; como resultado, la precisión del sistema depende de la calibración. Ante la presencia de perturbaciones, un sistema de control en lazo abierto no realiza la tarea deseada. En la práctica, el control en lazo abierto sólo se utiliza si se conoce la relación entre la entrada y la salida y si no hay perturbaciones internas ni externas. Es evidente que estos sistemas no son de control realimentado
Concepto de medición La medición es un proceso básico de la ciencia que consiste en comparar un patrón seleccionado con el objeto o fenómeno cuya magnitud física se desea medir para ver cuántas veces el patrón está contenido en esa magnitud.
Concepto de escala El término escala, que proviene del latín scala , tiene diversos usos. Se trata, por ejemplo, de la sucesión ordenada de valores de una misma cualidad. Por ejemplo: “En la escala de colores, el naranja se encuentra más cerca del rojo que del verde”. verde”.
La escala es, por otra parte, una línea recta que, dividida en partes iguales, permite representar metros, kilómetros u otra unidad de medida. Estas escalas son utilizadas para dibujar distancias y dimensiones de manera proporcional en un plano o mapa. Si, de acuerdo a la escala de un mapa, un centímetro equivale a diez kilómetros reales, una distancia de 100 kilómetros deberá estar representada por 10 centímetros.
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Sistemas de unidades y sus variables
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