Unidad I.- Objetivos Objetivos de la instrumentación instrumentación
La instrumentación de forma generalizada se puede entender como la incorporación de diferentes diferentes elementos cuya finalidad es garantizar que el proceso indu strial se realice dentro los parámetros especificados.
INDUSTRIA
Control de procesos
Monitoreo de
y Operaciones
procesos y Operaciones
Familiarizado en los métodos como en las técnicas de análisis para la interpretación de datos experimentales.
Experimentos
IDEAS QUE RIGEN EL DESARROLLO DESARROLLO DE LA INSTRUMEN INSTRUMENT TACION
Permite establecer el grado de certeza de las variables que se miden al realizarse un experimento o en la operación de un equipo.
Para hacer hacer el análisis de los datos es necesario conocer la naturaleza del fenómeno y las limitaciones de los datos.
IDEAS QUE RIGEN EL DESARROLLO DESARROLLO DE LA INSTRUMEN INSTRUMENT TACION
Permite establecer el grado de certeza de las variables que se miden al realizarse un experimento o en la operación de un equipo.
Para hacer hacer el análisis de los datos es necesario conocer la naturaleza del fenómeno y las limitaciones de los datos.
1.1. Terminología de la Instrumentación 1.1. 1.1.1. 1.-- Ca Camp mpo o de medid medida. a.-- El camp campo o de medic medición ión de una una ap apar arat ato o suel suele e definirse estableciendo los límites superior e inferior del rango de medición posible en la siguiente figura 1 manovacuómetro de agua se aprecia el campo de medida.
Figura 1.- Manovacuómetro
Depend Dependiend iendo o de la situació situación n relat relativa iva del cero cero de la variable variable medida medida dentro dentro del campo de medición se puede distinguir entre: Campo de medida con elevación del cero, si el cero queda fuera del campo de medición. En estos casos se denomina elevación del cero a la diferencia entre el limite inferior del rango de medida y el cero de la variable considerada.
Campo de medida con supresión del cero, cuando el cero de la magnitud medida queda dentro del rango de estos casos medida. En estos casos no tiene sentido hablar de elevación del cero, pero se define el concepto de supresión del cero como la diferencia entre el valor mínimo del rango de medida y el cero de la variable. 1.1.2.- Rango.- Conjunto de valores de la variable que puede medir el
instrumento. Se especifica mediante el límite lím ite inferior y el superior. Ejemplo: rango de termo resistencia para medir temperatura: 50-150ºC 1.1.3. 1.1.3.-- Exacti Exactitud tud..- es una medida de la calidad de la calibración de nuestro
instrumento respecto de patrones de medida aceptados internacionalmente. Es la cercanía del valor obtenido con el denominado valor “real”, para hacer refer referen encia cia a la exac exactititu tud d se tiene tienen n que que tene tenerr en cuen cuenta ta dos dos conc concep epto toss fundamentales patrones de medida y trazabilidad en las mediciones. Es decir una medida es exacta cuanto menor sea la discrepancia o separación entre lo obtenido con el instrumento de trabajo y el valor leído con el instrumento patrón.
1.1.4.- Precisión.- Está relacionada con la repetibilidad que el instrumento
proporciona en sus medidas, es decir qué diferentes medidas de una misma cantidad bajo condiciones aproximadamente iguales conducen a resultados muy parecidos. A más parecidas las medidas, más preciso el instrumento. No se debe confundir exactitud con precisión La Figura 2 ilustra de modo esquemático estos dos conceptos. Ejemplo, un cronómetro es capaz de determinar centésimas de segundo pero adelanta dos minutos por hora, mientras que un reloj de pulsera con apreciación nominal de 1 segundo, no lo hace. En este caso decimos que el cronómetro es más preciso que el reloj común, pero menos exacto.
Figura 2. Ilustración de los conceptos de precisión y exactitud. a) es una determinación precisa pero inexacta, mientras d) es más exacta pero imprecisa; b) es una determinación más exacta y más precisa; c) es menos precisa que a).
1.1.5.- Repetibilidad.-
Capacidad del instrumento para medir valores idénticos para los mismos valores de la variable física y condiciones de medida (% Alcance). 1.1.6.- Histéresis. – Es la mayor diferencia entre las mediciones hechas para
el mismo valor de la variable , cuando llevamos el instrumento a lo largo de todo su rango al ascender y luego descender 1.1.7.- Resolución .- es el mas pequeño intervalo entre dos detalles discretos
adyacentes que se pueden distinguir uno del otro. Un ejemplo es un indicador digital cuya resolución esta por el digito menos significativo.
1.2 VARIABLES Es cualquier elemento que posee caracterís ticas dinámicas , estáticas,
química y físicas bajo ciertas condiciones, que constantemente se pueden medir. Una variable es cualquier rasgo, atributo, dimensión o propiedad capaz de adoptar más de un valor o magnitud .
Se pueden definir como todo aquello que vamos a medir, controlar y estudiar en una inves tig ación. Por lo tanto, es importante, antes de iniciar una investigación, que sepamos cuáles son las variables que vamos a medir y la manera en que lo haremos. Es decir, las variables deben ser susceptibles de medición. Variable es todo aquello que puede asumir diferentes valores, desde el punto de vis ta cuantitativo o cualitativo.
Las variables pueden ser definidas conceptual y operacionalmente. La definición conceptual es de índole teórica, mientras que la operacional nos da las bases de medición y la definición de los indicadores.
En ingeniería mecánica las variables fundamentales son: Velocidad, Presión, Volumen y Temperatura. 1.2.1 VARIABLE DE CONTROL.
Es una variable de proceso que es medida y/o controlada por un sistema de control. 1.2.2 VARIABLE CONTROLADA.
Es la variable directa a regular, sobre la que constantemente estamos pendientes ya que afecta directamente al sistema del proceso, es decir, es la que dentro del bucle de control es captada por el sensor para originar una señal de retroalimentación. Normalmente la variable controlada es considerada la salida del sistema. 1.2.3 VARIABLE INCONTROLADA (wild).
Es la que se modifica para afectar directamente a la variable controlada, es la herramienta para modificar la variable directa en el proceso. Es la cantidad que se encarga de variar los instrumentos finales de control. Es el mensaje del controlador que transmite modificaciones para lograr lo esperado de la variable controlada.
1.3.-Elementos de un instrumento de Medición Elementos primarios (fase inicial o detectora)
Instrumento de medición
Elementos secundarios ( Fase Intermedia)
Elementos terciarios o de control ( Fase de Salida)
1.3.1.- Elementos primarios (Fase inicial o Detectora)
- Se detecta la variable física y se efectúa una transferencia ya sea mecánica o eléctrica para convertir esta señal a una forma manejable. - Sin embargo, en el sentido general un transductor es un dispositivo que transforma un efecto físico en otro, pero en la vida practica se ha tomado esa palabra como la transformación de una variable física a una señal eléctrica, ya que es una forma de señal fácilmente manejable. 1.3.2.- Elementos secundarios ( Fase intermedia)
- En esta etapa se modifica la señal que proviene del transductor, ya sea que se amplifique, se filtre o se adecue por otros medios para tener una salida deseable. El elemento se conoce como conversor de variable. 1.3.3.- Elementos terciarios de control(Fase final o de salida)
- En esta etapa se indica, se graba o se controla la variable a medir.
ETAPAS DE UN INSTRUMENTO DE MEDICÍÓN VARIABLE FISICA QUE SE VA A MEDIR
SEÑAL DE REALIMENTACION PARA CONTROL
SEÑAL DE ENTRADA
ETAPA DETECTOR TRANSDUCTOR
SEÑAL TRADUCIDA
SEÑAL MODIFICADA ETAPA INTERMEDIA
INDICADOR
SEÑAL DE CALIBRACION
FUENTE DE LA SEÑAL DE CALIBRACION QUE REPRESENTA EL VALOR CONOCIDO DE LA VARIABLE FISICA.
CONTROLADOR
POTENCIA EXTERNA
REGISTRADOR ETAPA DE SALIDA
1.4. Instrumentos de medición y errores 1.4.1. Clasificación de Instrumentos de Medición .
Debido a la gama tan amplia de instrumentos de medición que hay en el mercado, su clasificación se hace de la siguiente manera: a) Por el tipo de medición que realizan b) Por el sistema de funcionamiento con que trabajan Instrumentos de medición directa a) Por el tipo de medición que realizan Instrumentos de medición indirecta Instrumentos de medición directa .
En este grupo, que tienen los instrumentos capaces de darnos lecturas directas sobre una escala graduada, de una manera directa e inmediata sin necesidad de ajustar a cero o a otro valor cualquiera a los equipos de medición. Como ejemplo podemos mencionar: calibrador con vernier, tornillo micrométrico y aquellos que funcionan con el mismo principio, etc.
Instrumentos de medición indirecta
Se agrupan aquí, a los instrumentos que para que puedan usarse, es necesario ajustarlos a un cierto valor con la ayuda de un patrón o calibre y las lecturas son valores diferenciales con respecto al valor con que fue ajustado. También se incluyen en este grupo a los llamados calibres "pasa no pasa", que son de dimensión fija. Algunos instrumentos que están en este grupo son: reloj indicador de caratula, comparador óptico, comparador neumático, proyector de perfiles, etc.
b) Por su sistema de funcionamiento.
Mecánicos Ópticos Neumáticos Eléctricos Electrónicos Mixtos
CARACTERÍSTICAS QUE DEFINEN A UN INSTRUMENTO DE MEDICIÓN 1.- tipo de medición que realizan 2.- tipo de funcionamiento Características
3.- sistema de graduación
Principales.
4.- legibilidad 5.- capacidad o rango de medición 6.- precisión
1.4.2. Errores de paralaje. se origina por la posición incorrecta al tomar la lectura del instrumento de medición, es decir; falta de perpendicularidad entre la superficie de la mirilla o escala y el campo visual del técnico o instrumentista.
1.4.3. Errores de escala (exactitud).
Se acepta comúnmente como error de escala el valor de la división más pequeña del aparato de medida (a veces se toma como error la mitad u otra fracción de la citada división). Por ejemplo: 1 mm en una cinta métrica que expresamos como esc.(a)= ±1 mm o una unidad del último orden en una escala digital. Error de exactitud
Si medimos con una regla milimetrada el ancho de esta hoja A4 encontramos que es de 210 mm, valor que se repite si hacemos varias lecturas. Esto no quiere decir que el ancho es “exactamente” 210,000000000 . . . mm. Lo que tenemos que interpretar es que, el valor medido será menor que 211 mm pero no tenemos confianza en cuánto es menor. También sabemos que el valor medido es mayor que 209 mm pero no podemos conocer con certeza cuánto mayor.
El intervalo que va desde 209 mm hasta 211 mm es el más pequeño, sobre el cual estamos seguros que se encuentra incluido el valor buscado, pero no conocemos exactamente cuál es ese valor. Este es el resultado realista de nuestra medición. Cuando informemos los resultados de nuestras mediciones, debemos tener presente este hecho fundamental: Las medidas no s on s imples números exactos , s ino que cons is ten en intervalos , dentro de los cuales tenemos confianza de que s e encuentra el valor bus cado. No exis ten reg las fijas para determinar el intervalo, y en g eneral dependerá de muchos factores que confluyen en el acto de medir e interpretar la medición.
1.4.4. Errores de proceso (montaje).
Este tipo de errores se presentan básicamente como resultado del procedimiento de medición elegido tipos de errores de montaje
Agudeza visual. Descuido. Cansancio. Alteraciones emocionales. No se cuenta con un método definido y documentado.
1.4.5. Errores de calibración Un instrumento representativo, se considera que esta bien calibrado cuando en todos los puntos de su campo de medida, la diferencia entre el valor real de la variable y el valor indicado o registrado o transmitido, esta comprendida entre los limites determinados por la precisión del instrumento. En un instrumento ideal(sin error), la relación entre los valores reales de la variable comprendidos dentro del campo de medida, y los valores de lectura del aparato, es lineal. En la siguiente figura se ve su relación.
Las desviaciones de la curva variable real-lectura de un instrumento típico, tal como mostrada en la figura 2, con relación a la recta ideal representan los errores de medida del aparato. Esta curva puede descomponerse en tres que representan individualmente los tres tipos de errores que pueden hallarse en forma aislada o combinada en los instrumentos.
Error de cero.- Todas las lecturas están desplazadas un mismo
valor con relación a la recta representativa del instrumento. Este tipo de error puede verse en la figura 3 en la que se observará que el desplazamiento puede ser positivo
Error de multiplicación.- todas las lecturas aumentan o disminuyen progresivamente con la relación a la recta representativa, según puede verse en la figura 4 en la que se observará que el punto base no cambia y que la desviación progresiva puede ser positiva o negativa.
Error de angularidad.- La curva real coincide con los puntos 0 y
100 % de la recta representativa, pero se aparta de la misma en los restantes. En la figura 5 puede verse el error de este tipo. El máximo de la desviación suele estar hacia la mitad de la escala .
En general , el error de cero se corrige con el llamado tornillo cero, que modifica directamente la posición del índice o de la pluma de registro cambiando la curva variable-lectura paralelamente a si misma, o bien sacando el índice y fijándolo al eje de lectura en otra posición. El error de multiplicación se corrige actuando sobre el tornillo de multiplicación( o Span, en ingles) que modifica directamente la relación de amplitud de movimientos de la variable al índice o a la pluma, es decir, que aumenta o disminuye progresivamente las lecturas sobre la escala. Para calibrar un instrumento conviene, en primer lugar, eliminar o reducir al mínimo el error de angularidad. Este error es debido fundamentalmente a la transmisión por palancas del movimiento del elemento primario o de la variable medida al índice de lectura o de registro mostrada en la figura 6.
1.5. Simbología 1.5.1. Simbología ISA. Para designar y representar los instrumentos de medición y control se emplean diferentes normas que a veces varían de industria. Esta gran variedad de normas y sistemas utilizados en las organizaciones industriales indica la necesidad universal de una normalización en este campo. Varias sociedades han dirigido sus esfuerzos en ese sentido, y entre ellas se encuentra como una de las importantes la sociedad de Instrumentos de Estados Unidos. ISA(Instrument Society of America) cuyas normas tienen por objeto establecer sistemas de designación( Códigos y Símbolos) de aplicación a la industria química, petroquímica, aire acondicionado, etc.
Este es un resumen de la norma ISA-S 5.1-84 de ANSI/ISA del año 1984 con una rectificación en el año 1992, sobre instrumentos de medición y control, de ISA-S 5.2-76 del año 1976 con una rectificación en el año 1992 Binary Logic Diagrams for Process Operations sobre símbolos de operaciones binarias de procesos, y de ISA-S 5.3 Graphic Symbols For Distributed Control/Shared Display Instrumentation,Logic and Computer System 1983 , sobre símbolos de sistemas de microprocesadores con control compartido. Hay que señalar al lector que estas normas no son de uso obligatorio sino que constituyen una recomendación a seguir en la identificación de los instrumentos en la industria.
1.5.2.- LETRAS DE IDENTIFICACION.
TABLA 1.5.1.- LETRAS DE IDENTIFICACION
SIMBOLOGIA E IDENTIFICACION DE INSTRUMENTOS; CREUS SOLE, ANTONIO CAP.1
LETRAS DE IDENTIFICACION
SIMBOLOGIA E IDENTIFICACION DE INSTRUMENTOS; CREUS SOLE, ANTONIO CAP.1
SIMBOLOGIA E IDENTIFICACION DE INSTRUMENTOS; CREUS SOLE, ANTONIO CAP.1
4.1
SIMBOLOGIA E IDENTIFICACION DE INSTRUMENTOS; CREUS SOLE, ANTONIO CAP.1
SIMBOLOGIA E IDENTIFICACION DE INSTRUMENTOS; CREUS SOLE, ANTONIO CAP.1
SIMBOLOGIA E IDENTIFICACION DE INSTRUMENTOS; CREUS SOLE, ANTONIO CAP.1
