TALLER DE INVESTIGACIÓN II TRANSMISORES
INTRODUCCIÓN Los procesos industriales exigen el control de la fabricación de los diversos productos obtenidos. Los procesos son muy variados y abarcan muchos tipos de productos: la fabricación de los productos derivados del petróleo, de los productos alimenticios, la industria cerámica, las centrales generadoras de energía, la siderurgia, los tratamientos térmicos, la industria papelera, la industria textil, etc. En todos estos procesos es absolutamente necesario controlar y mantener constantes algunas magnitudes, tales como la presión, el caudal, el nivel, la temperatura, el PH, la conductividad, la velocidad, la humedad, el punto de rocío, etcétera. Los instrumentos de medición y control permiten el mantenimiento y la regulación de estas constantes en condiciones más idóneas que las que el propio operador podría realizar. En los inicios de la era industrial, el operario llevaba a cabo un control manual de estas variables utilizando sólo instrumentos simples, manómetros, termómetros, válvulas manuales, etc., control que era suficiente por la relativa simplicidad de los procesos. Sin embargo, la gradual complejidad con que éstos se han ido desarrollando ha exigido su automatización progresiva por medio de los instrumentos de medición y control. Estos instrumentos han ido liberando al operario de su función de actuación física directa en la planta y al mismo tiempo, le han permitido una labor única de supervisión y de vigilancia del proceso desde centros de control situados en el propio proceso o bien en salas aisladas separadas; asimismo, gracias a los instrumentos ha sido posible fabricar productos complejos en condiciones estables de calidad y de características, condiciones que al operario le serían imposibles o muy difíciles de conseguir, realizando exclusivamente un control manual.
Los procesos industriales a controlar pueden dividirse ampliamente en dos categorías: procesos continuos y procesos discontinuos. En ambos tipos, deben mantenerse en general las variables (presión, caudal, nivel, temperatura, etc.), bien en un valor deseado fijo, bien en un valor variable con el tiempo de acuerdo con una relación predeterminada, o bien guardando una relación determinada con otra variable. El sistema de control que permite este mantenimiento de las variables puede definirse como aquel que compara el valor de la variable o condición a controlar con un valor deseado y toma una acción de corrección de acuerdo con la desviación existente sin que el operario intervenga en absoluto. El sistema de control exige pues, para que esta comparación y subsiguiente corrección sean posibles, que se incluya una unidad de medida, una unidad de control, un elemento final de control y el propio proceso. Este conjunto de unidades forman un bucle o lazo que recibe el nombre de bucle de control. El bucle puede ser abierto o bien cerrado. Para estos sistemas de control se requieren instrumentos entre ellos está el transmisor, lo cual ampliamente se describirá en este documento.
OBJETIVO Conocer, aprender e identificar la amplia gama de transmisores industriales que existen en el área laboral, ya que obteniendo está finalidad ya tendremos el conocimiento de su funcionamiento, tipos y aplicaciones de los mismos.
METODOLOGÍA Para el desarrollo de este proyecto en efecto se tiene que empezar por un tema, por el cual minuciosamente después de un análisis amplio en el área de la instrumentación industrial para mi caso escogí el de “ importancia
y tipos de los
transmisores industriales” . El hecho de escoger este tema es ya que los conocimientos que he adquirido y tengo en base a las ocasiones que he leído realmente los considero escaso a lo que realmente es en la industria. Para este protocolo después de obtener el tema se buscan los antecedentes de la instrumentación los cuales se remontan al siglo pasado hasta llegar a los sistemas de control ya que ahí es dónde los transmisores entran en participación. Ya contando con está información previa se procede a dar una introducción del contenido y se presenta el objetivo el cual se pretende alcanzar al finalizar este proyecto. Posteriormente se genera una descripción de los problemas que pueda tener la ausencia del conocimiento sobre la importancia de los transmisores, surgen hipótesis y se justifica el por que la solución de este problema, la importancia de contar con estos conocimientos.
En lo que respecta a todo el desarrollo y delimitación del tema se investiga y se obtiene la información más importante en lo cual se detalla sobre:
Concepto de un transmisor
Tipos de transmisores industriales
Definición de cada uno de ellos
Características de operación de los transmisores
Aplicaciones
Luego de esto se muestra el impacto a niveles tecnológicos, sociales que este proyecto tiene, se dan a conocer las fuentes de información que hacen posible al mismo y para finalizar todo lo anterior se presenta el proyecto final con resultados obtenidos.
“IMPORTANCIA
Y TIPOS DE LOS TRANSMISORES INDUSTRIALES”
CAPITULO I
GENERALIDADES DE LA EMPRESA 1.1 Visión Ser una institución de educación superior tecnológica con calidad, que promueva el desarrollo sustentable sostenido y equitativo en el ámbito de la globalización.
1.2 Misión Ofrecer
educación
superior
tecnológica
basada
en
competencias
profesionales de clase mundial, con un amplio sentido humanista y ético, que coadyuve al desarrollo integral del alumno, para responder a los retos y necesidades que la sociedad demande.
1.3 Política de Calidad Basados en el plan rector de calidad del Sistema de Gestión de Calidad certificado. EL SNEST establece el compromiso de implementar todos sus procesos, orientándolos hacia la satisfacción de sus clientes en la calidad del proceso educativo, para cumplir con sus requerimientos, mediante la eficacia de un Sistema de Gestión de la Calidad y de mejora Continua, conforme a la norma: ISO 9001:2000/NMX-CC-9001-IMNC-2000.
1.3.1 Gestión de la Calidad bajo la norma ISO-9001
2004: Se obtiene la Certificación en la norma ISO 9001:2000 del proceso educativo.
Se establece en el Tecnológico el Sistema de Gestión de la Calidad, considerando la norma internacional ISO-9001:2000. A través de la certificación logrando normar sus procedimientos orientándolos hacia la satisfacción de las necesidades de los alumnos, ofreciendo un servicio educativo de calidad.
22-Septiembre-2009: Se obtiene la certificación bajo la norma ISO-9001:2008; el certificado es otorgado por el Instituto Mexicano de Normalización y Certificación, A.C.
Alcance de la certificación: Proceso educativo: Comprende desde la inscripción hasta la entrega del titulo y cédula profesional de licenciatura en la modalidad presencial.
1.3.2 Gestión Ambiental bajo la norma ISO-14001
21-Diciembre-2010: Se obtiene la certificación del Sistema de gestión ambiental bajo la norma ISO-14001:2004, el certificado es otorgado por el Instituto Mexicano de Normalización y Certificación, A.C.
Alcance de la certificación: Actividades, productos y servicios que realizan el personal y partes interesadas en el I.T.M.
1.4 Valores
El ser Humano
El espíritu de servicio
El Liderazgo
El Trabajo en equipo
La calidad
1.5 Historia del Tecnológico Ubicado en el municipio libre de Minatitlán, en la región sur del estado de Veracruz, el Instituto Tecnológico de Minatitlán es una Institución de Educación Superior dependiente de la Secretaría de Educación Pública y de la Subsecretaría de Educación Superior. Siendo el órgano rector la
Dirección General de
Educación Superior Tecnológica. El Instituto Tecnológico de Minatitlán inicia sus actividades el 17 de Septiembre de 1972; actualmente se ofertan 7 carreras de nivel licenciatura. En nivel posgrado se ofrece una maestría en Ingeniería Electrónica y un doctorado en Territorio y Medio Ambiente, en convenio con la Universidad Politécnica de Madrid y están en proceso de autorización 2 especializaciones: Ingeniería Energética e Ingeniería Ambiental. Se han dado importantes avances en cuanto a proyectos de investigación y desarrollo tecnológico financiados por COSNET, CONACYT, FIDEICOMISO DEL ITM, Convenios con otras instituciones y Fundación del Instituto Tecnológico de Minatitlán.
CAPITULO II
MARCO TEORICO 2.1 Antecedentes históricos: Desde la introducción de los instrumentos electrónicos hace décadas, ha habido un enorme avance en el diseño de sensores y transductores de presión electrónicos. Este avance ha venido sobre todo del campo aeroespacial. Otra razón está en el desarrollo de los semiconductores, circuitos impresos, etc. Muchos sensores electrónicos incorporan elementos que transforman la energía mecánica en energía eléctrica. Generalmente son más precisos y de más rápida respuesta que los mecánicos. Esto se debe en parte a la precisión de los circuitos electrónicos y en parte a los pequeñísimos movimientos que se necesitan en los elementos elásticos para obtener el cambio eléctrico. Las necesidades de los usuarios son el motor que impulsa el desarrollo de la instrumentación. Entre estas necesidades se encuentran:
Aumento de la productividad
Aumento de la calidad del proceso
Repetibilidad de características de los productos fabricados, es decir, el cliente no recibe un producto con mayor calidad de la indicada en sus
Especificaciones ni debe reclamar por recibir un producto de peor calidad de la especificada. (Normas ISO 9000).
Reducción de los costes de fabricación (ahorro energético, etc.)
Seguridad (se evitan malas maniobras que pueden causar pérdidas de producto.
Normalización de instrumentos.
La evolución de las señales de transmisión hacia la digital, propiciada por la
irrupción
de
los
microprocesadores,
ha
permitido
satisfacer
dichas
necesidades. Las señales neumática y electrónica se utilizan cada vez menos en beneficio de la señal digital, por las ventajas que éste ofrece en exactitud, en facilidad de comunicaciones y en grabación de la memoria histórica de las variables de proceso. La señal neumática ha quedado prácticamente relegada a su uso en las válvulas de control y en los posicionadores electro-neumático y digito-neumático. Dentro de la evolución de la instrumentación cabe destacar la aparición en 1983 por parte de la firma Honeywell del primer transmisor digital denominado “inteligente” ( Smart transmitter ), termino que indica que el equipo
tiene incorporadas funciones adicionales que añaden a las propias de la medida y transmisión exclusiva de la variable. Y en 1986 aparece en el mercado el primer aparato que transmite directamente una señal al receptor, al que pronto sigue el transmisor digital de temperatura. A partir de esta fecha se desarrollan rápidamente una serie de protocolos digitales con el objetivo de comunicarse local o remotamente con el instrumento y
aprovechar
al
máximo
toda
la
potencialidad
que
ofrecen
los
microprocesadores. Este desarrollo tiende hacia la creación de protocolos abiertos que permitan el intercambio de instrumentos de diferentes de fabricantes. La exactitud que se consigue con las diferentes señales de transmisión es: -
± 0.50 % en los neumáticos.
-
± 0.30 % en los electrónicos.
-
± 0.15 % en los “inteligentes” con señal de salida de 4 a 20 mA c.c.
-
± 0.10 % en los digitales
2.2 Fundamento teórico En todo proceso es absolutamente necesario controlar y mantener constantes algunas magnitudes, tales como la presión, el caudal, el nivel, la temperatura, el pH, la conductividad, la velocidad, la humedad, el punto de rocío, etcétera. Los instrumentos de medición y control permiten el mantenimiento y la regulación de estas constantes en condiciones más idóneas que las que el propio operador podría realizar. Un transmisor recibe la señal del sensor y la transmite hacia una unidad remota. Los transmisores captan la variable de proceso a través del elemento primario y la transmiten a distancia en forma de señal neumática, electrónica o digital. La señal neumática es de 3 a 15 psi (libras por pulgadas cuadrada) (equivale a 0,206-1,033 bar o 0,21-1,05 kg/cm 2) adoptada en Estados Unidos y los países de habla inglesa, o 0,2-1 bar empleada en los países que utilizan el sistema métrico decimal. La señal electrónica normalizada es de 4 a 20 mA de corriente continua, si bien se utilizan de 1 a 5 mA c.c., de 10 a 50 mA c.c. y de 0 a 20 mA c.c. La señal digital consiste en una serie de impulsos en forma de bits. Cada bit consiste en dos signos, el 0 y el 1, (código binario) y representa el paso (1) o no (0) de una señal a través de un conductor. Si la señal digital que maneja el microprocesador del transmisor es de 32 bits entonces puede enviar 32 señales binarias (0 y 1) simultáneamente.
2.2.1 Planteamiento de problemas
En la imagen anterior se bosqueja las raíces de los problemas que es la causa los cuales lo originan, en la parte del tronco es lo medular donde se señalan el problema central por el cual se lleva a efecto este proyecto y para finalizar en las ramas se dan a conocer las consecuencias que puede generar el problema si no se lleva a cabo una mejora. Todo lo podemos apreciar en la toma del árbol.
2.2.2 Justificación Este proyecto se lleva a efecto ya que el alumno no estudia, no investiga, sufre con las dificultades en cuanto al idioma en que se encuentran los artículos o libros sobre los transmisores, además de que los programas de la carrera no abarcan dichas temas, el principal problema es el desconocimiento de la importancia de los instrumentos transmisores en la industria lo que esto provoca a corto o a largo plazo: problemas de competitividad al egresar de la carrera, falta de comunicación social sobre el área, inseguridad en toma de decisiones en el campo, entre otras opciones.
2.2.3 Hipótesis En la actualidad existen una gran variedad de instrumentos transmisores que realmente no conocemos, lo cual nos preguntamos... ¿Son importantes? ¿Para que se utilizan? ¿Cuántos tipos existen? ¿Realmente son de mucha ayuda para el operario? Estas preguntas son la muestra de dudas y escases de conocimiento sobre lo mismo, es por ello que se invita a darle lectura a este trabajo; puesto que, en el desarrollo del mismo estás dudas quedarán despejadas y además muchos más conocimientos por adquirir vas a obtener.
2.2.4 Alcance. Este proyecto cubre todos los transmisores industriales utilizados en el área, se muestra su clasificación y se informa en forma concisa lo relacionado a cada de ellos, se limita a más especificaciones puesto que estamos limitado en cuanto al tiempo para entregar está investigación.
2.2.5 Impacto ético, social, tecnológico, económico y ambiental. En cuanto la realización de esta investigación lleva un impacto social solo a las personas que estén involucradas en el área de instrumentación, en tanto a lo ético es altamente fiel, todo lo aquí plasmado se tomo de investigación y con toda honestidad se puede argumentar de que es un trabajo original; en el caso de un impacto tecnológico es de vital importancia el conocimiento de los transmisores industriales ya que debido a esto se puede obtener mejoras en el campo de trabajo, en lo económico de la misma manera es importante puesto que el uso de los transmisores sustituyen mano de obra del trabajador y para finalizar el impacto ambiental es poco lo que pueda generar solo seguir teniendo las precauciones pertinentes en el área laboral.
2.2.6 Aseguramiento técnico/material Todo lo aquí detallado ha sido fruto de una minuciosa investigación por lo que lo obtenido se ha encontrado básicamente en las redes de internet, además de apoyándonos en el libro de CREUS acerca de la instrumentación. Los links de las páginas visitadas son los siguientes: http://es.scribd.com/upload/email_capture?archive_doc=51102679 http://www.cubagob.cu/ingles/des_eco/mic/historia.htm http://es.wikipedia.org/ http://www.dgit.gob.mx/archivos/irc/informerendicion2008/IRCVERACRUZ/I RC%202008%20IT%20Minatitl%E1n.pdf
Es de mencionar que para tomar la información del Instituto Tecnológico de Minatitlán se consulto su página y a través de ella encontrar información aquí redactada. www.itmina.edu.mx
CAPITULO III DESARROLLO DEL PROYECTO
3.1 Importancia de los transmisores. Un sistema está integrado por una serie de elementos que actúan conjuntamente y que cumplen un cierto objetivo. Los elementos que componen un sistema no son independientes, sino que están estrechamente relacionados entre sí, de forma que las modificaciones que se producen en uno de ellos pueden influir en los demás. En este tipo de sistemas, las señales de salida y de entrada están relacionadas mediante un bucle de realimentación, a través del cual la señal de salida influye sobre la de entrada. De esta forma, la señal de salida tiene efecto sobre la acción de control.
Estos sistemas de control se pueden representar mediante el siguiente esquema:
Figura 3.1 Sistema de control lazo cerrado
En estos sistemas existen instrumentos tales como los transmisores los cuales captan la variable de proceso y la transmiten a distancia a un instrumento receptor, indicador, registrador, controlador o combinación de estos. Existen varios tipos de señales de transmisión: neumáticas, electrónicas, digitales, entre otros.
Este instrumento en un proceso industrial es de vital importancia ya que sin ellos no se puede dar el control; debido a que ellos, como se explico anteriormente son los encargados de captar y transmitir la variable de proceso. De una u otra manera tiene que existir un transmisor.
3.2 Tipos de Transmisores Industriales Según el tipo de señal, los más importantes se clasificarán los transmisores.
Transmisores Neumáticos. Transmisores Electrónicos. Transmisores Inteligentes.
A continuación se describirán cada uno de los tipos de transmisores:
3.2.1 Transmisores Neumáticos. Se basan en el sistema tobera-obturador que convierte el movimiento del elemento de medición en una señal neumática.
3.2.1.1 Sistema Tobera Obturador Consiste en un tubo neumático alimentado a una presión constante Ps, con una reducción en la salida en forma de tobera, la cual puede ser obstruida por una lámina llamada obturador, de cuya posición depende el elemento de medida.
Figura 3.2 Sistema Tobera Obturador
3.2.1.2 Transmisor de Equilibrio de Movimientos Este dispositivo compara el movimiento del elemento de medición asociado al obturador con un fuelle de realimentación de la presión de la tobera. El conjunto se estabiliza según la diferencia de movimientos alcanzando siempre una posición de equilibrio según la diferencia de movimientos alcanzando siempre una posición de equilibrio tal que existe una correspondencia lineal entre la variable y la señal de salida. Hay que señalar que en este tipo de transmisores, las palancas deben ser livianas, pero bastantes fuertes para que no se doblen.
Figura 3.3 Transmisor de equilibrio de movimientos.
3.2.1.3 Transmisor de equilibrio de momentos El desequilibrio entre estas dos fuerzas da lugar a una variación de posición relativa en la barra, excitando un transductor de desplazamiento tal como un detector de inductancia o transformador diferencial. Un circuito oscilador asociado con cualquiera de estos detectores alimenta una unidad magnética y la fuerza generada reposiciona la barra de equilibrio de fuerzas.
Figura 3.4 Transmisor de equilibro de momentos
3.2.2 Transmisores Electrónicos. Son generalmente de equilibrio de fuerzas, consisten en su forma más sencilla en una barra rígida apoyada en un punto sobre la que actúan dos fuerzas en equilibrio. La fuerza ejercida por el elemento mecánico de medición tubo Bourdon, espiral, fuelle etc.)
3.2.2.1Transmisor Electrónico de Equilibrio de Fuerzas Está formado por dos piezas de ferrita, una en la barra y la otra fijada rígidamente en el chasís del transmisor y contiene una bobina conectada a un circuito oscilador. Cuando aumenta o disminuye el entrehierro disminuye o aumenta respectivamente la inductancia de la bobina detectora modulando la señal de salida del oscilador.
Figura 3. 5 a) detector de posición de inductancia
El transformador se cierra magnéticamente con la barra de equilibrio de fuerzas. Al variar la presión, cambia la posición de la barra induciendo tensiones distintas en las dos bobinas, mayor en la bobina arrollada en el polo con menor entrehierro y menor en la opuesta. Las bobinas están conectadas en oposición y la señal de tensión diferencial producida es introducida en un amplificador transistorizado que alimenta la unidad magnética de reposición de la barra. Algunas características son: Tensión: 1 – 5 V, 0 – 10 V, 0-24 V. Intensidad: 4 – 20 mA.
Figura 3.5 b) transformador diferencial
3.2.3 Transmisor inteligente Basado en la variación de capacidad producida en un condensador formado por dos placas fijas y un diafragma sensible interno y unido a las mismas, cuando se les aplica una presión o presión diferencial a través de un fluido que rellena el interior del condensador. El desplazamiento del diafragma sensible es de solo 0,1 mm como máx. Un circuito formado por un oscilador y demodulador transforma la variación de capacidad en señal analógica, que es convertida a digital y pasa después a un microprocesador que la transforma a la señal analógica de transmisión de 4 – 20 mA c.c. Aprovecha las propiedades eléctricas de los semiconductores al ser sometido a tensiones. El modelo de semiconductor está fabricado a partir de una delgada película de silicio y utiliza técnicas de dopaje para generar una zona sensible a los esfuerzos. Se comporta como un circuito dinámico de puente de Wheatstone aplicable a la medida de presión, presión diferencial y nivel, formado por una pastilla de silicio en el que se hallan embebidas a las resistencias RA, RB, RC, RD de un puente Wheatstone. El desequilibrio del puente originado por cambios de variable, da lugar a una señal de salida de 4 – 20 mA c.c.
CONCLUSIÓN
De acuerdo a este proyecto hemos adquirido grandes conocimientos sobre los transmisores más importantes que hay en la industria, podemos mencionar que para realizar un sistema de lazo es vital ya que son los que se encargan de captar la variable y a su vez transmitirla con la capacidad de que sea a grandes distancias para su utilización. Esta tecnología es de última generación ya que antes no se gozaba de estos privilegios, hay un mundo en cuanto a este instrumento por eso te invitamos a que no dejes de perder el interés en conocer mucho más sobre esto.
BIBLIOGRAFIA CONSULTADA
http://es.scribd.com/upload/email_capture?archive_doc=51102679 http://www.cubagob.cu/ingles/des_eco/mic/historia.htm http://es.wikipedia.org/wiki/Instituto_Tecnológico_de_Minatitlán http://www.dgit.gob.mx/archivos/irc/informerendicion2008/IRCVERACRUZ/I RC%202008%20IT%20Minatitl%E1n.pdf http://es.wikipedia.org/wiki/ http://mx.kalipedia.com/tecnologia/tema/robotica/sistemas-control-lazocerrado.html?x=20070821klpinginf_85.Kes&ap=2
GLOSARIO
dopaje: proceso intencional de agregar impurezas en un semiconductor extremadamente puro (también referido como intrínseco ) con el fin de cambiar sus propiedades eléctricas.
fuelle: dispositivo mecánico cuya función es la de contener aire para expelerlo a cierta presión y en cierta dirección para diversos fines.
impulsos: magnitud física definida como la variación en el momento lineal que experimenta un objeto en un sistema cerrado.
irrupción: aparición impetuosa o repentina de algo. liviano(a): que pesa poco. obturador: dispositivo que controla el tiempo durante el que llega la luz al dispositivo fotosensible
semiconductores: es un elemento que se comporta como un conductor o como aislante dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo eléctrico o magnético, la presión, la radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre.
siderurgia: técnica del tratamiento del mineral de hierro para obtener diferentes tipos de éste o de sus aleaciones.
transductor: instrumento que convierte una forma de energía en otra (o una propiedad en otra).
