Republica Bolivariana de VenezuelaMinisterio del Poder Popular para la Educación Universitaria

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL“RAFAEL MARIA BARALT”

Instrumentación.

Fundamentos generales de laInstrumentación

Prof: Cotua Maria Jose

Integrantes:

Palomares Liliana Atencio Enmanuel

Jimenez DanielAlbornoz Maria

San Francisco, Agosto de 2015

1.- Fundamentos de medición y control. 

La instrumentación es la técnica que utiliza aparatos de medición y control de un proceso con el propósito de identificar el valor de ciertas variables estáticas o dinámicas y frecuentemente con la finalidad de mantener esas variables dentro de limitaciones especificas.  Los instrumentos, al realizar la actividad de medición y control, han ido liberando al hombre de su actuación  directa en los procesos industriales y al mismo tiempo le han permitido la labor de supervisión y vigilancia del proceso desde centros conocidos como salas de control, las cuales están ubicadas a cierta distancia del proceso.  En un sistema cualquiera la exactitud del funcionamiento depende principalmente de la medición hecha sobre sus variables. En la operación de medir existirá un valor verdadero (real) de la magnitud de la variable. Valor indicado por el instrumento, cuya aproximación al valor real depende del sistema de medición usado. El grado de aproximación del valor indicado al valor real debe indicarse para hacer un correcto uso de los valores medidos.  

Instrumento de medición  Es un dispositivo que tiene como entrada el valor de una variable y como salida algún medio para indicar al operador el valor medido. Para esto los componentes deben estar interconectados de manera que mantengan una relación funcional con los cambios de la variable.  

Elementos funcionales de un instrumento de medición.  

El sensor: Es el elemento que está en contacto con el proceso, y como es sensible a la variable que desea medir produce una salida que es función de esta. La salida puede ser lineal o de otra naturaleza. 

El transductor (convertidor): Se encarga de convertir la salida del sensor en otra variable de características deseadas y la cual preserva la información entregada por el sensor. 

Acondicionador de señal: Aunque la salida del transductor sea medible, esta en muchos casos es pequeña e insuficiente para fines de indicación y registro, por lo que es necesario conectar un acondicionador de señal a la salida del transductor.  Las funciones de este elemento son:  

Generar señales de salida proporcionales a la variable medida con valores estandarizados compatibles con  receptores comerciales (indicador, registrador, controlador, etc). Los valores extremos de la señal de salida corresponden con los valores extremos de la variable medida.  

Proporcionar una señal de salida con suficiente energía para emplearla con fines de indicación o registro, e incluso para transmitirla a distancia, para

mediciones remotas u otros fines. Los componentes comunes de un acondicionador de señal son: Amplificador, puente, convertidor A/D, etc.  

  Elemento de indicación o registro Es el elemento que permite la lectura o registro de la variable medida. Este puede ser una aguja en una escala graduada, una pantalla digital, una pluma en un registrador, una escala de colores, etc.                                                          2.- Instrumentos primarios de medición. 

Son aquellos instrumentos que están en contacto con el fluido o variable, utilizando y absorbiendo energía del medio controlado para dar al sistema de medición una indicación en respuesta a la variación de la variable controlada. Ej: termoresistencias.  

 3.- Transductores. 

Los transductores reciben una señal de entrada en funcion de una o mas cantidades fisicas y la convierten modificada o no a una señal de salida. Un transductor es un dispositivo capaz de transformar o convertir una determinada manifestación de energía de entrada, en otra diferente a la salida, pero de valor muy pequeños en términos relativos con respecto a un generador. Transductores de nivel:   Los sensores de nivel pueden ser de tipo continuo o discreto. A partir de la medida de nivel de un líquido en un tanque conociendo su geometría, dimensiones y densidad, puede determinarse el volumen y la masa. 

 4.- Transmisores. 

Estos captan la variable del proceso por medio de un sensor y la transmiten a distancia en forma de una señal normalizada la cual puede ser neumática, eléctrica o de otro tipo.  Captan la variable de proceso a través del elemento primario y al transmiten a distancia a través de forma neumática (3 a 15 psi) o electrónica (4 a 20 mA CC).      5.- Receptores. 

Estos reciben la señal procedente de los transmisores y la indican o registran. 4.1.- indicadores: Disponen de una aguja indicadora la cual se mueve sobre una escala graduada en términos de la variable. 4.2.- Registradores: Registran con trazo continuo o a puntos el valor de una variable sobre una carta graduada que puede ser circular o rectangular. 

6.- Controladores. 

Es un Instrumento o función de software que compara una señal, enviada por un transmisor, con un valor de referencia y ejercen una acción sobre el proceso de acuerdo a la desviación, es decir, comparan la variable controlada (presión, nivel, temperatura) con un valor deseado y ejercen una acción correctiva de acuerdo con la desviación. La variable controlada la pueden recibir directamente en el caso de los controladores locales o bien indirectamente en forma de señal neumática, electrónica o digital proveniente de un transmisor.  7.- Tipos de instrumentos de medición y control. 

• On-Off: también llamado todo-nada o abierto-cerrado, es la forma mas simple de control por realimentación, es un control de dos posiciones en el que el elemento final de control solo ocupa una de las dos posibles posiciones, en el cual la salida del controlador va de un extremo a otro cuando el valor de la variable controlada se desvía del valor deseado. Este método solo acepta dos posiciones: encendido (100%) o apagado (0%).   Características :   Variación cíclica continúa de la variable controlada.  El controlador no tiene la capacidad para producir un valor exacto en la variable controlada para un valor de referencia.  Tiene un simple mecanismo de construcción.  Ventajas:    Es la forma mas simple de control.  Bajo precio de instalación.  Fácil instalación y mantenimiento.  Amplia utilización en procesos de poca precisión.  Desventajas:  Mínima   precisión .   • Control Proporcional: un controlador proporcional calcula la diferencia entre la señal de variable de proceso y la señal de setpoint, lo que vamos a llamar como error. Este valor representa cuanto el proceso se está desviando del valor del setpoint, y puede ser calculado como SP-PV o como PV-SP, dependiendo si es que o no el controlador tiene que producir un incremento en su señal de salida para causar un incremento en la variable de proceso, o tener un decremento en su señal de salida para hacer de igual manera un incremento de PV (variable de proceso).    Esta manera como nosotros hacemos esta sustracción determina si un controlador será reverse-acting (acción inversa) o direct-acting (acción directa). La dirección de acción requerida por el controlador es determinada por la naturaleza del

proceso, transmisor, y elemento final de control. En este caso, asumimos que un incremento en la señal de salida enviada a la válvula tiene como consecuencia un incremento en el flujo de vapor, y por tanto temperatura alta, entonces nuestro algoritmo necesitará ser de acción inversa ó reverse-acting (por ejemplo un incremento en la medida de temperatura tiene como resultado un decremento de la señal de salida; error calculado como SP-PV). Este error es entonces multiplicado por un valor constante llamado ganancia, la cual es programada dentro del controlador.   • Control derivativo: Un controlador con acción derivativa (rate) “mira” cuando rápido la variable de proceso cambia por unidad de tiempo, y hace la acción proporcional a esta tasa de cambio. En contrate de la acción integral (reset)la cual representa el lado “impaciente” del controlador, la acción derivativa (rate) representa el lado “cautivo” del controlador.   Si la variable de proceso empieza a cambiar a una alta tasa de velocidad, el trabajo de la acción derivativa es mover la válvula de control en la dirección contraria para contrarrestar este rápido cambio, y por tanto moderar la velocidad a la cual la variable de proceso está cambiando. En términos simples, la acción derivativa trabaja para limitar cuan “rápido” el error puede cambiar.    Lo que esto hará, es hacer que el controlador sea “prudente” con respecto a los rápidos cambios en la variable de proceso. Si la variable de proceso se dirige al valor de setpoint a una ritmo rápido, el término derivativo de la ecuación reducirá la señal de salida, por tanto atenuar la respuesta del controlador y frenar la velocidad en que la variable de proceso va al valor de setpoint.  8.- Características estáticas y dinámicas. 

Características   Estáticas  a.- Rango ( Range ) :  Son los valores mínimos y máximos de la variable que el instrumento es capaz de medir. Ejemplo: si el rango de un termómetro es de 100 °C a 300 °C significa que éste no puede leer temperaturas menores que 100 °C ni mayores que 300 °C.  

b.- Exactitud y Precisión. En primer lugar vamos a analizar la diferencia entre los términos precisión y exactitud. En general estas dos palabras son sinónimos, pero en el campo de las mediciones indican dos conceptos completamente diferentes. Se dice que el valor de un parámetro es muy preciso cuando está muy bien definido. Por otra parte, se dice que dicho valor es muy exacto cuando se aproxima mucho al verdadero valor. 

c.- Linealidad   Por lo general los instrumentos se diseñan de forma que tengan una respuesta lo más lineal posible, es decir, que para un determinado incremento del parámetro que estamos midiendo, el desplazamiento correspondiente del indicador sea siempre el mismo, independientemente de la posición de éste.  

d.- Sensibilidad   La sensibilidad de un instrumento es la relación entre la respuesta del instrumento (N° de divisiones recorridas) y la magnitud de la cantidad que estamos midiendo.   e.- Resolución Esta característica está relacionada con la precisión. La resolución de un instrumento es el menor incremento de la variable bajo medición que puede ser detectado con certidumbre por dicho instrumento.  

f.- Gama y Escala. La gama de un instrumento se define como la diferencia entre la indicación mayor y la menor que puede ofrecer el instrumento. La gama puede estar dividida en varias escalas o constar de una sola.  Características   Dinámicas .  a.- Error dinámico El error dinámico de un instrumento se define como la diferencia entre la cantidad indicada en un instante de tiempo dado y el verdadero valor del parámetro que se está midiendo. 

b.- Tiempo de respuesta Es el tiempo transcurrido entre la aplicación de una función escalón y el instante en que el instrumento indica un cierto porcentaje (90%, 95% o 99%) del valor final. Para instrumentos con aguja indicadora, el tiempo de respuesta es aquél que tarda la aguja en estabilizarse aparentemente, lo cual ocurre cuando ha llegado a un porcentaje determinado (por ejemplo 1%) de su valor final.  c.- Tiempo nulo. Es el tiempo transcurrido desde que se produce el cambio brusco a la entrada del instrumento hasta que él alcanza el 5% del valor final.  d.- Sobrealcance. En los instrumentos con aguja indicadora, la deflexión se produce debido a que se aplica una fuerza a la parte móvil. Dicha parte móvil tiene una masa, por lo que al aplicar la fuerza se origina un momento que puede llevar a la aguja más allá del valor correspondiente al de equilibrio. La diferencia entre el valor máximo y el valor final se denomina Sobre alcance. Los dos tipos de respuesta que vimos anteriormente se diferencian porque en el segundo hay Sobre alcance mientras que en el primero no. Un Sobre alcance elevado es indeseable, pero un valor

pequeño del mismo contribuye a disminuir el tiempo requerido para que la aguja alcance el estado estable.  

9.- elementos finales de control. 

 Son aquellos que finalmente responden, dentro de un lazo de control para realizar un cambio en la variable controlada. En la mayoría de los procesos las válvulas de control, son las usadas, si se trata de: controlar variables como flujo, presión, nivel, temperatura o mezcla de componentes. La mayoría de los flujos de fluidos son controlados por válvulas neumáticas o eléctricas, en otros casos se emplean bombas; para servicios de gases a menudo se emplean válvulas especiales y para sólidos es común hablar de fajas transportadoras alimentadas y con control de velocidad electrónico.