El presente blog como cualquier otra herramienta educativa, se creó con la intención de facilitar el proceso de aprendizaje mediante la presentación de información ordenada acerca de la asignatura de procesos industriales impartida en el último semestre por nuestro docente guia el Ingeniero Jouber Azua.
INTEGRANTES
La
instrumentación y control industrial es un campo de la ingeniería que se enfoca
en el diseño, implementación y mantenimiento de sistemas y procesos
industriales automatizados.
La instrumentación se refiere al uso de instrumentos y dispositivos electrónicos para medir, controlar y monitorear variables físicas, químicas y eléctricas en un proceso industrial. Algunos ejemplos de variables que se miden y controlan en procesos industriales son la temperatura, la presión, el flujo de líquidos y gases, la humedad, la concentración de sustancias químicas, entre otros.
Por otro lado, el control se refiere a la utilización de sistemas de control automático para manipular las variables medidas por los instrumentos y dispositivos. El control automático se basa en la retroalimentación constante para mantener las variables en un rango de valores específico, lo que se traduce en un proceso industrial más eficiente y seguro.
La instrumentación y control industrial se aplican en una amplia variedad de industrias, desde la manufactura de alimentos y bebidas, hasta la producción de petróleo y gas, pasando por la generación de energía eléctrica y la fabricación de productos químicos. Un buen diseño y aplicación de la instrumentación y control industrial puede mejorar significativamente la calidad del producto, reducir los costos de producción y mejorar la seguridad de los trabajadores y del medio ambiente.
DESARROLLO
Instrumentos de medida
Los instrumentos de medición son herramientas
imprescindibles dentro del equipo de trabajo de cualquier profesional de la
carpintería, la fontanería, las instalaciones o la construcción. Dentro de esta
categoría se incluyen diferentes instrumentos de medida, desde los clásicos
flexómetros, reglas o escuadras a aparatos de última tecnología, como los
telémetros o los niveles láser.
Sensor
Un sensor en la industria es un objeto capaz de variar
una propiedad ante magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de
instrumentación, y transformarlas con un transductor en variables eléctricas.
Las variables de instrumentación pueden ser, por ejemplo: intensidad lumínica,
temperatura, distancia, aceleración, inclinación, presión1, desplazamiento,
fuerza, torsión, humedad, movimiento, pH, etc. Una magnitud
eléctrica puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad
eléctrica (como en un sensor de humedad), una tensión eléctrica (como en un
termopar), una corriente eléctrica, etc.
Transmisor
El transmisor es un instrumento que capta la variable en
proceso y la transmite a distancia a un instrumento indicador o controlador;
pero en realidades eso y mucho más, la función primordial de este dispositivo
es tomar cualquier señal para convertirla en una señal estándar adecuada para
el instrumento receptor, es así como un transmisor capta señales tanto de un
sensor como de un transductor, aclarando siempre que todo transmisor es
transductor más no un transductor puede ser un transmisor; como ya sabemos las
señales estándar pueden ser neumáticas cuyos valores están entre 3 y 15 Psi,
las electrónicas que son de 4 a 20 mA o de 0 a 5 voltios DC, las digitales que
entregan 0 o 5 voltios para 0 o1 respectivamente.
Señal digital
Una señal digital
es aquella que sólo nos pueden proporcionar dos estados lógicos (ALTO y BAJO),
o en efecto 0 y 1, visto desde el punto vista digital. Aunque realmente, las
señales digitales, no existen, ya que esto implica tener un tiempo de subida o
bajada de cero, lo que resulta imposible en un caso real. Todas las señales
físicas son analógicas aunque decimos que se comportan como señales digitales
aquellas que se aproximan a dicho comportamiento.
Señal análoga
Una señal analógica es cualquier señal continua para la cual la característica variable de tiempo (variable) de la señal es una representación de otra cantidad variable de tiempo, es decir, análoga a otra señal variable de tiempo. Por ejemplo, en una señal de audio analógica, el voltaje instantáneo de la señal varía continuamente con la presión de las ondas sonoras. Se diferencia de una señal digital, en la que la cantidad continua es una representación de una secuencia de valores discretos que sólo puede asumir uno de un número finito de valores.
El término señal analógica se refiere generalmente a señales eléctricas;
sin embargo, los sistemas mecánicos, neumáticos, hidráulicos, de habla humana y
otros sistemas también pueden transmitir señales analógicas o ser considerados
como tales.
Un controlador es
un dispositivo electrónico que permite activar o desactivar señales eléctricas
en función de la información leída a través de sensores o de comandos enviados
por un bus de comunicación. Esto permite controlar distintos aparatos
periféricos automáticamente dependiendo del evento deseado, regulando el paso
de la energía hacia estos como si se activaran o desactivaran interruptores.
Además poseen la ventaja de ser reprogramables, de modo que resultan versátiles
para diversas aplicaciones.
Actuador (elemento final)
Los actuadores
son una parte importante de los dispositivos y la maquinaria industrial que
ayudan a realizar movimientos físicos convirtiendo la energía, por lo general,
eléctrica, neumática o hidráulica, en fuerza mecánica. En pocas palabras, es el
componente de cualquier máquina que permite el movimiento.
Un actuador es un dispositivo capaz de transformar energía hidráulica, neumática o eléctrica en la activación de un proceso con la finalidad de generar un efecto sobre un proceso automatizado. Este recibe la orden de un regulador o controlador y en función a ella genera la orden para activar un elemento final de control, como por ejemplo una válvula. Son los elementos que influyen directamente en la señal de salida del automatismo, modificando su magnitud según las instrucciones que reciben de la unidad de control.
Exactitud
En ingeniería,
ciencia, industria y estadística, exactitud y precisión no son equivalentes.
Exactitud se refiere a cuán cerca del valor real se encuentra el valor medido. En términos estadísticos, la exactitud está relacionada con el sesgo de una estimación. Cuanto menor es el sesgo más exacta es una estimación. Cuando se expresa la exactitud de un resultado, se expresa mediante el error absoluto que es la diferencia entre el valor experimental y el valor verdadero.
Precisión
Precisión se
refiere a la dispersión del conjunto de valores obtenidos de mediciones
repetidas de una magnitud. Cuanto menor es la dispersión mayor la precisión.
Una medida común de la variabilidad es la desviación estándar de las mediciones
y la precisión se puede estimar como una función de ella. Es importante
resaltar que la automatización de diferentes pruebas o técnicas puede producir
un aumento de la precisión. Esto se debe a que con dicha automatización, lo que
logramos es una disminución de los errores manuales o su corrección inmediata.
No hay que confundir resolución con precisión.
Incertidumbre de
medida / Incertidumbre: Parámetro no negativo que caracteriza la dispersión de
los valores atribuidos a un mensurando, a partir de la información que se
utiliza.
La incertidumbre es un concepto fundamental en el mundo de la metrología, aunque su definición puede ser un poco confusa, básicamente la incertidumbre es un parámetro que representa cuantitativamente la “duda” que tenemos sobre la medición realizada. Todos los valores obtenidos en una medición poseen un componente de duda, relacionada a cuán confiable es la medición que estamos realizando.
Atendiendo a su naturaleza los errores cometidos en una medición, los errores admiten una clasificación en dos grandes vertientes: errores aleatorios y errores sistemáticos:
Error aleatorio. No se conocen las leyes o mecanismos que lo causan por su excesiva complejidad o por su pequeña influencia en el resultado final. Para conocer este tipo de errores primero debemos realizar un muestreo de medidas. Con los datos de las sucesivas medidas podemos calcular su media y la desviación típica muestral.
Con estos parámetros se puede obtener la distribución normal característica, N[μ, s], y la podemos acotar para un nivel de confianza dado. Las medidas entran dentro de la campana con unos "no" márgenes determinados para un nivel de confianza que suele establecerse entre el 95% y el 98%.
Error
sistemático. Permanecen constantes en valor absoluto y en el signo al medir, una
magnitud en las mismas condiciones, y se conocen las leyes que lo causan.
Para determinar
el error sistemático de la medición se deben de realizar una serie de medidas
sobre una magnitud X0, se debe de calcular la media aritmética de estas medidas
y después hallar la diferencia entre la media y la magnitud X0.
Error sistemático
= | media - X0 |
Es la variación en la salida del instrumento por unidad de variación de la variable del proceso (entrada), en definitiva se puede decir que es la ganancia del instrumento. El ideal es que la misma se mantenga constante.
Se define la Sensibilidad (o Sensibilidad de un Instrumento de Medida) como: la mínima variación que un instrumento de medida es capaz de detectar Por lo tanto, la sensibilidad de un aparato de medida determina la medida mínima de una magnitud que se puede hacer con un determinado instrumento de medida.
La histéresis es
una importante propiedad fundamental que se encuentra presente en el
comportamiento que tienen los materiales magnéticos. Son muchas las
aplicaciones en las que se puede observar la histéresis en la vida cotidiana y
es aplicado en varios campos como el electromagnetismo, la electrotecnia e
incluso la economía.
La histéresis es
la diferencia máxima en la salida de un instrumento, cuando se lee un mismo
valor de entrada. Por ejemplo, si tienes un termómetro de 0 a 100°,y tú estás
subiendo progresivamente la temperatura, cuando ésta deberían marcar 40°, te
marca 39,9 eso cuando está en la dirección de subida, desde 0 hasta 100°.
Resolución
Es la capacidad de un instrumento de medir el más pequeño incremento o decremento.
Esta característica es muy importante en aplicaciones donde los cambios en una variable son pequeños.
Un ejemplo de una aplicación que requiere alta resolución es la medición de las temperaturas de suministro y retorno de sistemas de agua de chiller. El cambio de temperatura es relativamente muy pequeño por lo que es crítico que el instrumento tenga valores de resolución pequeños.
La resolución puede ser expresada en valores absolutos o en porcentajes.
Deriva
Es una variación en la señal de salida que se presenta en un periodo de tiempo determinado mientras se mantienen constantes la variable medida y todas las condiciones ambientales. Se suelen considerar la deriva de cero (variación en la señal de salida para el valor cero de la medida atribuible a cualquier causa interna) y la deriva térmica de cero ( variación en la señal de salida a medida cero, debida a los efectos únicos de la temperatura). La deriva se expresa usualmente en porcentaje de la señal de salida de la escala total a la temperatura ambiente, por unidad o por intervalo de variación de la temperatura. Por ejemplo: la deriva térmica de cero de un instrumento en condiciones de temperatura ambiente durante 1 mes fue de 0.2% de alcance.
Trazabilidad
Propiedad
del resultado de las mediciones efectuadas con un instrumento o con un patrón
el cual puede relacionarse con patrones nacionales o internacionales mediante una ininterrumpida cadena de
comparaciones con todas las incertidumbres determinadas.
Linealidad
La
aproximación de una curva de calibración a una línea recta especificada.
Linealidad basada en puntos
Falta de linealidad expresada en forma de desviación máxima con
relación a una línea recta que pasa a través de los puntos dados
correspondientes al cero y al 100% de la variable medida.
Calibración
El proceso de calibración de un instrumento comprende la medición de un patrón de referencia y el instrumento que deseamos comprobar. Mediante dicha comparación, obtendremos el error del instrumento (diferencia entre las medidas del equipo y las obtenidas por el patrón de referencia) y la incertidumbre de calibración.
Un sistema de
control es un conjunto de dispositivos encargados de administrar, ordenar,
dirigir o regular el comportamiento de otro sistema, con el fin de obtener los
resultados deseados.
En un sistema de control pueden identificarse 4 partes: Medición, Acción, Control, y Referencia.
Todo sistema de
control mide y hace algo, el proceso lo realiza el controlador que utiliza
programas y referencias (Set-point).- Las referencias o parámetros son la parte
ajustable del Software; son intangibles, no se pueden tocar, y necesitan un
soporte físico para memorizarse; y las Mediciones, Accionamientos y
Controladores son el Hardware que se pueden ver y tocar.
Lazo Cerrado
Este sistema es
más completo ya que recibe información sobre los estados que va tomando la
variable. Esta retroalimentación se logra colocando sensores que envían
información de puntos clave del proceso para que así pueda actuar de manera
autónoma.
Lazo abierto
Un sistema de control
de lazo abierto se caracteriza por que no recibe ninguna información o
retroalimentación sobre el estado de la variable, por lo regular estos se
utilizan cuando la variable es predecible y tiene un amplio margen de error, ya
que se puede calcular el tiempo o las veces que se debe de repetir el ciclo
para completar el proceso.
BIBLIOGRAFIA
Sensoricx.
(2018). MANEJO DE TERMINOLOGÍA PARA INSTRUMENTACIÓN. Obtenido de Sensoricx:
https://sensoricx.com/mediciones/manejo-de-terminologia-para-instrumentacion/
CONCLUSIÓN
La medición y el
control de procesos son fundamentales para generar, en definitiva, los mejores
resultados posibles en lo que toca a la utilización de recursos, máquinas,
performance, rentabilidad, protección medioambiental y seguridad, entre otros,
en una unidad productiva.
La
instrumentación industrial es el grupo de equipamientos y dispositivos que
sirven a los ingenieros o técnicos, justamente, para medir, convertir y
registrar variables de un proceso (o “cuerpo industrial”) y, luego,
trasmitirlas, evaluarlas y controlarlas con tales fines.
Los aparatos de
medición y control de procesos industriales suelen mensurar características
físicas (tensión, presión & fuerza, temperatura, flujo y nivel, velocidad,
peso, humedad y punto de rocío) o químicas (pH y conductividad eléctrica).
VIDEO EXPLICATIVO DEL TEMA REALIZADO
DIAPOSITIVAS UTILIZADAS EN VIDEO EXPOSITIVO
