CONCEPTOS BÁSICOS DE
INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL
Antes que todo para introducirnos
al mundo de la medición e instrumentación haremos una semi introducción al
control ya que por lo general el objetivo de toda buena medición es realizado
con el fin de obtener un buen control:
1. VARIABLE: Es cualquier
elemento que posee características dinámicas, estáticas, química y físicas bajo
ciertas condiciones, que constantemente se pueden medir.
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 transmisor para originar una señal de
retroalimentación.
3. VARIABLE MANIPULEADA: 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.
4. PROCESOS: Es un desarrollo que
es realizado por un conjunto de elementos cada uno con ciertas funciones que
gradual y progresivamente producen un resultado final.
5. SISTEMA: Es una combinación de
componentes que actúan conjuntamente y cumplen un objetivo.
Sistema en donde las válvulas son
utilizadas para manipular el caudal con el fin de controlar el nivel en los
tanques.
6. PERTURBACIONES: Señal que
afecta la respuesta real del sistema produciendo un error en la medida, ejemplo
los campos magnéticos, la inductancia etc. según la sensibilidad individual.
7. CONTROL RETROALIMENTADO: Es el
que auto corrige las perturbaciones, eliminando los errores para obtener la
salida ideal. Una plancha posee un dispositivo que mantiene la temperatura
deseada, es decir,si se sube la temperatura abre el circuito de alimentación de
las resistencias y si se baja lo cierra para que calienten. Los servosistemas
son también de este tipo solo que su salida son elementos mecánicos, un brazo
de un robot o una válvula auto regulada o piloteada.
8. SISTEMAS DE CONTROL DE
PROCESOS: Es un sistema de regulación automática que determina la respuesta de
la variable en función de virtudes programadas para el sistema.
9. SISTEMAS DE CONTROL DE BUCLE O
LAZO CERRADO: Es el sistema de control retroalimentado, donde la señal pasa por
el controlador es comparada y reenviada para establecer el setpoint o parámetro
esperado.
10. SISTEMA DE CONTROL DE BUCLE O
LAZO ABIERTO: Es el sistema donde la salida no tiene efecto sobre la acción del
control, no hay comparación entre el valor medido en la salida respecto ala
entrada, es el camino que sigue la señal sin retroalimentación. Por ejemplo las
instalaciones de bombillos de navidad que mientras se encienden unas las otras
se apagan, todo esto es controlado en función del tiempo sin importar que tanto
alumbren los bombillos.
Entre lo concerniente al bucle
cerrado es su virtud de usar una señal de retroalimentación que lo dispone a
estar en constante ajuste evitando relativamente la inestabilidad a
perturbaciones externas ya que para este
sistema es de gran importancia el
manejo de las desviaciones mientras que para el abierto no es de tanta
incidencia, lo que recomienda que para todo sistema donde se conocen las
entradas y no hay perturbaciones se debe usar el lazo abierto.
11. SISTEMAS DE CONTROL
ADAPTABLES: Es la capacidad intuitiva de un sistema para decidir parámetros de
auto-ajuste debido a los posibles errores aleatorios y sistemáticos que se
presenten.
12. SISTEMAS DE CONTROL CON
APRENDIZAJE: son sistemas donde el operario hace las veces de controlador y
donde día a día se gana experiencia en el manejo de los parámetros modificables
del sistema.
13. INSTRUMENTO: Es un
dispositivo que se encarga de interpretar señales proporcionales a la magnitud
de la variable.
14. INSTRUMENTOS CIEGOS: No
tienen indicación visible, son todos aquellos que generalmente son de
manipulación como interruptores, termostatos, presostatos, válvulas,
transmisores etc. que solo cumplen con su trabajo sin la necesidad de expresar
los cambios graduales de la señal
15. INSTRUMENTOS INDICADORES:
Poseen una escala para expresar la equivalencia de los datos al operario,
pueden ser manómetros, tensiómetros, entre otros. Pueden ser concéntricos,
excéntricos y digitales.
16. INSTRUMENTOS REGISTRADORES:
Expresan la señal con trazos continuos a puntos.
17. ELEMENTOS FINALES DE CONTROL:
Es el instrumento que recibe las señales del sistema tomadas por el controlador
y las ejecuta directamente sobre la variable controlada.
18. ELEMENTO PRIMARIO DE MEDIDA:
Es el que está en contacto directo con la variable y dispuesto a transmitir
cualquier transformación de energía en el medio medido.
INSTRUMENTOS CIEGOS, MEDIDOR DE
FLUJO: Es un elemento censor primario.
SENSORES OPTICOS, INSTRUMENTOS
INDICADORES
REGISTRADORES: Permiten la
monitorización.
TRANSMISORES: Se encuentran de
los dos tipos ciegos e Indicadores.
PANEL DE MONITORIZACION Y
CONTROL: Instrumentación virtual, donde los Instrumentos son simulados en el
PC.
Panel donde se encuentran
instrumentos indicadores virtuales y controladores.
19. RANGO: Es el campo de medida
para cualquier número de valores que
siempre deben estar entre un límite
superior e inferior según las especificaciones del instrumento.
20. ALCANCE: Es la diferencia
entre los límites superior e inferior del rango, es lo equivalente al área de
operación.
21. ELEVACION DE CERO: Es la
cantidad con que el valor cero de la variable
supera al valor inferior del
campo de medida.22. SUPRESION DE CERO: Es la cantidad de desfase que hay por
debajo del
valor inferior del rango.
23. SENSIBILIDAD: Es el mínimo
cambio al que el instrumento censa y puede expresar.
24. ZONA MUERTA: Son aquellas
donde la sensibilidad del instrumento es nula lo que hace que no cambie su
indicación y señal de salida.
25. ERROR: Es la diferencia entre
el valor leído del instrumento y el valor real de la variable.
26. PRECISION: Grado de
reproductibilidad de las mediciones.
27. EXACTITUD: Cuando la lectura
se acerca al valor real de la variable.
En el valor cero de la variable
marca 3 psi, y en el valor al 100% de la variable marca 15psi. Luego la
supresión de cero esta entre 0 y 3psi y la elevación de cero esta entre 3 y
4psi. La zona muerta es equivalente 7psi -+1%.
28. HISTERESIS: Algunos
instrumentos presentan un fenómeno de descompensación que existe cuando se hace
una comparación entre la variación de una misma medida tanto a nivel
descenderte como ascendente, que en realidad debería de tener el mismo
recorrido. Se expresa en porcentaje, por ejemplo si un manómetro de 0-100% la
presión real es de 18 psig y la lectura en el indicador marca 18.2 psig al ir
del cero al 100% de la variable y cuando se encuentra la variable en 18 al
desplazarse del cien al 0% el valor indicado es 17.7 la histéresis se
calcularía así:
(18.2 - 17.7/100 -0) * 100 =+-
0.5 %
29. FIABILIDAD: Es la
probabilidad de que el instrumento permanezca en
ciertos límites de error.
30. TRAZABILIDAD: Propiedad del
resultado de las mediciones efectuadas con un instrumento o con un patrón, tal
que puede relacionarse con patrones preestablecidos, mediante una cadena
ininterrumpida de comparaciones con todas las incertidumbres determinadas.
31. RUIDO: señales impuras que
afectan a las diferentes señales del sistema de medición.
32. RESOLUCION: Es la de
visualización a escala del instrumento.33. LINEABILIDAD: Es la proporcionalidad
directa y libre de errores con equivalencias de alta calibración.
34. ESTABILIDAD: son los
instrumentos de altas calidad, que tienen una probabilidad de tener una larga
vida útil.
35. TEMPERATURA DE SERVICIO: Son
las temperaturas de trabajo del instrumento.
36. REPRODUCTIBILIDAD:
Reproducción de una medida cuando la variable se encuentra en un parámetro
constante.
37. REPETIBILIDAD: Especifica la
habilidad del instrumento para entregar la misma lectura en aplicaciones
repetidas del mismo valor de la variable medida.
Así, por ejemplo, si a una misma
presión de 25 psig., un manómetro de
precisión de 1 p.s.i., entrega
las lecturas de 25,5; 26; 24,3; y 24 psig. Su operación es repetible; una
lectura de 27 psig. indicaría un problema de repetibilidad del instrumento (a
menos que conste que fuese un problema de histéresis).
38. TRANSMISOR: Capta la señal
del elemento primario de medida y la transmite a distancia en forma eléctrica,
neumática, hidráulica, mecánica y ultrasónica.
39. TRANSDUCTOR: Dispositivo que
recibe una o varias señales provenientes de la variable medida y pueden
modificarla o no en otra señal.
40. CONVERTIDOR: Es el que se
encarga de modificar la señal de entrada y la entrega en una señal de salida
estándar.
41. SEÑAL: Salida que emana del
instrumento. Información representativa de un valor cuantificado.
42. SEÑAL ANALOGA: Es una función
continua de la variable medida.
43. SEÑAL DIGITAL: Representa la
magnitud de las variables medidas en forma de una serie de cantidades discretas
codificadas en un sistema de notación.
44. SET POINT: Punto en que una
señal se establece bajo ciertos parámetros deseados. Es un punto de consigna
para valor de la señal de la variable.
NOTA: Todas las señales manejan
ciertos estándares para los valores máximos y mínimos:CORRIENTE VOLTAJE PRESION
4 - 20mA
0 - 20mA
0 - 5 V DC
0 - 10 V DC
3 - 15 psi
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ESQUEMAS Y SIMBOLOGIA BASICA DE
LOS DIAGRAMAS DE INSTRUMENTACION:
UN ESQUEMA EN BLOQUES:
Todo sistema de instrumentación
posee el siguiente esquema lógico:
EFC: Elemento final de control.
EPM: Elemento primario de medida.
Todo sistema de control posee una
instrumentación adecuada que actúa sobre el proceso siguiendo el esquema visto.
Para cierto proceso se necesita tener una variable ya sea presión, nivel,
caudal con cierto rango de medida, luego el proceso es analizado por un sistema
que en principio es el elemento primario de medida que puede ser un transductor
o convertidor p/i que convierte una señal de presión en corriente la cual es
enviada a un transmisor para llevarla al indicador (en este caso multímetro) y
al controlador donde se comparara con el set point que se desea de la variable,
es decir que la parte del comparador hace parte del controlador, pero en realidad
asumimos que el comparador puede ser un algoritmo o esquema de instrucciones de
control que tiene la misión de encontrar el error en la variable para que así
el controlador se encargue de enviar la señal al elemento final de control que
lo podemos llamar válvula o cualquier elemento actuador. Algo de simbología:
Señales y convertidores los
transmisores y controladores son de la misma manera que los convertidores, solo
varían en la nomenclatura teniendo en cuenta que:
P : PRESION.
T: TEMPERATURA O TRANSMISOR.
L: NIVEL(LEVEL).
F: FLUJO.
I: INDICADOR O CORRIENTE.
C: CONTROLADOR.
R: REGISTRADOR.
CON TODO ESTO YA PODEMOS
CONSTRUIR UN SISTEMA GRAFICO CON SU INSTRUMENTACION:
1. Válvula de paso.
2. Indicador de nivel de cristal.
3. Tanque.
4. motobomba.
5. válvula controlada.
El proceso consiste en controlar
el flujo, es decir, esta será la variable controlada; es un sistema en lazo
cerrado por que el controlador está recibiendo señales de entrada para
determinar la salida, estas señales son enviadas por una celda de presión
diferencial la cual se encarga de medir la entrada de agua que es la variable
manipulada, este instrumento es precisamente un transmisor de flujo que le
entrega la señal a unos convertidores que disponen la señal para que el
controlador la asimile y deduzca una acción donde el elemento final de control
que es la válvula controlada.
Fuente documental:
http://www.fisicanet.com.ar/quimica/industrial/ap04_instrumentacion.php
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