Instrumentación y Control Industrial
La Instrumentación y Control Industrial
La instrumentación ha permitido el avance tecnológico de la
ciencia actual como la automatización de los procesos industriales, ya que la
automatización es solo posible a través de elementos que pueden censar o
transmitir lo que sucede en el ambiente, para luego tomar una acción de control
preprogramado que actúe sobre el sistema para obtener el resultado previsto.
Los instrumentos pueden ser simple como transmisores,
válvulas, sensores y pueden ser muy complejos como controladores, analizadores
y amortiguadores.
Instrumentos de medida.
Los instrumentos de medición sirven para medir el volumen,
la extensión, la longitud y/o la capacidad por comparación. Esto es tomado de
referencia para después asignarle un número de valor mediante un instrumento de
medición.
La medición es un proceso que se basa en la unidad de medida
de un objeto para averiguar las veces de unidad que está contenido en este.
Medidores
Son los aparatos encargados de comparar la
dimensión que se desea medir con la unidad de medida. A este grupo pertenecen
las reglas, los flexómetros, los calibre.
Comparadores
Se utilizan fundamentalmente para comparar dimensiones.
Verificadores
No se utilizan para la realización de
medidas, sino para comprobar si una dimensión se encuentra o no dentro de
ciertos límites.
Instrumentos de Medición Mecánica
Micrómetro.
Es un instrumento de medición cuyo funcionamiento está
basado en el tornillo micrométrico que sirve para medir con alta precisión del
orden de centésimas en milímetros (0,01 mm) y de milésimas de milímetros (0,001
mm) (micra)las dimensiones de un objeto.
Pie de Rey.
El calibre o pie de rey, es un instrumento para medir
dimensiones de objetos relativamente pequeños, desde centímetros hasta
fracciones de milímetros (1/10 de milímetros o hasta 1/20 de milímetro).
Reloj comparador.
Es un instrumento de medición que se
utiliza en los talleres de mecanizado e industrias de mecanizado para la
verificación de las piezas mecanizadas, ya que por sus propios medios no da
lectura directa, pero es útil para comparar
las diferencias que existen en la cota de
varias piezas que se quieran verificar.
Medida de caudal.
La medida de caudal se utiliza en la industria para dos
propósitos fundamentales: Contabilidad, Control de procesos.
Medidores de área variable.
Conocidos como rotámetros, utilizan el mismo principio de
medida que los medidores por presión diferencial, es decir, la relación entre
la energía cinética y la energía debida a la presión. En el sistema presión
diferencial el área correspondiente a la restricción es contante y la presión
diferencial cambia en función del caudal.
Medidores por desplazamiento positivo.
Operan atrapando un volumen unitario y conocido del líquido,
desplazándolo desde la entrada hasta la salida y contando el número de
volúmenes desplazado en un tiempo determinado se conocen con el nombre genérico
de contadores porque cuenta el volumen de líquido, independientemente del
tiempo transcurrido. Si se dese obtener la media en forma de caudal ha q
incluir la unidad de tiempo.
Medida de temperaturas.
Termómetros infrarrojos.
Un termómetro infrarrojo,
o como también se le llama, un pirómetro es un dispositivo para la medición sin
contacto de la temperatura de los cuerpos. Este instrumento para medir la
temperatura mide la potencia de la radiación térmica del objeto a medir,
principalmente en los rangos de luz infrarroja y visible.
Medidores de temperatura de superficie.
Esta medición puede ser necesaria en varios procesos
industriales, por ejemplo, para controlar la temperatura de la pared de hornos
o de tuberías.
Los medidores de temperatura de superficie también se
utilizan con propósitos médicos. Este tipo de termómetros es el que se usa para
tomar la temperatura del cuerpo.
Instrumentos para medir la temperatura del aire.
Un típico medidor de la temperatura del aire es el
termómetro de mercurio, sobre todo en meteorología. El mercurio se dilata en
función de la temperatura. El mercurio se sitúa dentro de un tubo de vidrio y
cuando se dilata, el mercurio sube por el tubo. Como sabemos el coeficiente de
dilatación del material mercurio podemos medir el cambio temperatura midiendo
la altura a la que ha subido dentro del tubo.
Termómetros de penetración
Este tipo de instrumento se utiliza habitualmente en la
cocina durante la preparación de alimentos. De esta forma, podemos saber la
temperatura en el interior de un alimento durante la cocción.
Termómetros de inmersión.
Los termómetros de inmersión están diseñados para medir la
temperatura en líquidos y sustancias
viscoelásticas con una punta diseñada para perforar. También se puede utilizar
en sustancias agresivas.
Tiras termométricas
Los termómetros en tiras están compuestos por láminas
autoadhesivas. Estas láminas están compuestas por elementos termosensibles para
la regulación y control de la temperatura.
Se utilizan para medir la temperatura en elementos pequeños
o móviles y para poder monitorizar los resultados a largo plazo.
Sensores.
Un sensor es un dispositivo para detectar y señalar una
condición de cambio. Con frecuencia, una condición de cambio se trata de la
presencia o ausencia de un objeto o material (detención discreta). También
puede ser una cantidad capaz de medirse, como un cambio de distancia, tamaño o
color (detección analógica).
Sensores de Presión.
Los sensores de presión o transductores de presión son
elementos que transforman la magnitud física de presión o fuerza por unidad de
superficie en otra magnitud eléctrica que será la que emplearemos en los quipos
de automatización o adquisición estándar.
Los rangos de medida, precisión y protección, disponemos de
una gran variedad de transductores de presión, fabricados con diferente
tecnología que permiten cubrir todas sus necesidades.
Transductores de presión miniatura.
La gama de transductores de presión miniatura y ultra
miniatura ha sido diseñada con el fin de conciliar tamaño pequeño y robustez.
Manómetros digitales.
Son soluciones ideales cuando se busca un transductor de
presión y un visualizador sin cable, ya que al unir el sensor y el visualizador
en un solo bloque alimentado por baterías internas, permite instalarse en
cualquier punto donde se precise medir presión con una buenas prestaciones.
Presión de altos rangos y temperaturas.
Movimiento es detectado por un transductor que convierte pequeños
desplazamientos en señales eléctricas analógicas, más tarde se pueden obtener
salidas digitales acondicionando la señal. Pueden efectuar medidas de presión
absoluta y de presión relativa a diferencial generalmente vienen con
visualizadores e indicadores de funcionamientos.
Sensor de presión atmosférica (adf)
Este sensor puede estar montado en la unidad de control o en
otro lugar de vano motor. Su señal sirve para la corrección, en función de la
altura, de los valores teóricos para los circuitos reguladores como ejemplo
retroalimentación de gases de escape egr, regulación de la presión de
sobrealimentación. Con ello se puede tener en cuenta las diferencias de la
densidad del aire del entorno. El sensor de presión de entorno mide la presión
absoluta.
Sensor de presión del aceite y combustible.
Los sensores de presión de aceite están montados en el
filtro de aceite y miden la presión absoluta del aceite para que se pueda
averiguar la carga del motor para la indicación de servicio.
Sensores de alta presión.
Los sensores de alta presión se emplean en el automóvil para
medir la presión del combustible y del liquido de freno: sensor de presión
“rail” diesel este sensor mide la presión del combustible en el tubo
distribuidor del sistema de inyección diésel.
Sensores de flujo.
Los sensores de flujo tienen la función especifica de
monitorear la velocidad de fluido. Un sensor de flujo es un dispositivo que al
ser instalado en una tubería, permite determinar si hay circulación de un gas o
un fluido, es decir estos sensores nos indican la ausencia o presencia de flujo,
es decir, estos sensores nos indican la ausencia o presencia de flujo, pero no
mide el caudal.
Placa orificio, tobera, Venturi, tubo Pitot, Pitot
promediante. Este grupo esta basado en la ecuación de Bernoulli que establece
que la suma de energía cinética más la energía potencial de altura más la energía potencial debido a la
presión que tiene un fluido la energía potencial debido a la presión que tiene
un fluido permanece constante . de ahí se puede deducir que, frente a un
aumento de velocidad, por ejemplo, al pasar por una restricción en la tubería , se producirá una disminución
en la presión, esta diferencia de presión se puede medir y de ahí determinar la
velocidad.
Turbina.
Los medidores de tipo turbina se basan en el uso de pieza
rotantes que son impulsadas por el flujo de fluido tales como las hélices
empujadas por el fluido y giran a una velocidad proporcional al caudal del
fluido circulan. No son aptos para medir productos viscosos ni con arrastre de
sólidos.
Termocuplas/ termopares.
Son sensores de temperatura eléctricos utilizados en la zona
industrial. Para hacer funcionaria, se debe hacer con dos alambres de distinto
material unidos en un extremo, entonces al aplicar temperatura en la unión de
los metales se genera un voltaje muy pequeño en cual va aumentando a la par con
la temperatura.
Termistores.
Los termistores son sensores de temperaturas, los cuales su
funcionamineots se basa en la variación de la resistividad que presenta un
semiconductor con la temperatura. Existen dos tipos de termistor: NTC (negative
temperatura coefficient) , PTC ( positive temperatura coefficient).
Sensores de peso.
La celda de carga o sensores de peso son aquellos
dispositivos electrónicos desarrollados con la finalidad es la de detectar los
cambios eléctricos provocados por una variante en la intensidad de un peso
aplicado sobre la báscula o balanza, información que a su vez transmite hacia
un indicador de peso o controlador de peso, la celda de carga es un componente
esencial al igual que el indicador de peso, para el funcionamiento de cualquier
bascula o balanza electrónica.
Sensores de velocidad.
La detención de velocidad forma parte de un gran número de
sistema industriales, en los que se requiere un control de la dinámica de los
mismo.
Trasmisor.
Los transmisores son instrumentos que 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, hidráulicas y
telemétricas.
Los transmisores neumáticos generan una señal neumática variable linealmente de 3 a 15 psi para el campo de medida de 0-100% de la variable. Utilizando el sistema métrico decimal la señal que se empleará será de 0,2-1 bar, siendo prácticamente equivalente a la anterior. Así, por este procedimiento, según la presión de salida se transmitirá un valor de la variable.
Transmisores electrónicos.
Los transmisores electrónicos generan una señal estándar de
4-20 mA c.c. A veces esta señal de salida es sustituida por un voltaje de 1-5V,
si existen problemas de suministro electrónico. Así cualquier señal captada se
podrá transmitir en forma de señal eléctrica estableciendo una relación, a ser
posible lineal, entre el valor de la variable recibida y el de corriente
saliente.
Transmisores digitales.
Los transmisores digitales emiten una señal digital, que
consiste en una serie de impulsos (señal de muy pequeña duración) en forma de
bits. Cada bit consistirá en dos signos, el 0 y el 1, que corresponden al paso
o no de corriente. Así según el número de bits que tengamos podremos codificar
diferente número de niveles, mayor a más bits.
Señal digital.
Una señal digital es aquella que presenta una variación
discontinua con el tiempo y que sólo puede tomar ciertos valores discretos. Su
forma característica es ampliamente conocida: la señal básica es una onda
cuadrada (pulsos) y las representaciones se realizan en el dominio del tiempo.
Sus parámetros son:
Altura de pulso (nivel eléctrico)
Duración (ancho de pulso)
Frecuencia de repetición (velocidad pulsos por segundo)
Señal análoga
Son variables eléctricas que evolucionan en el tiempo en
forma análoga a alguna variable física. Estas variables pueden presentarse en
la forma de una corriente, una tensión o una carga eléctrica. Varían en forma
continua entre un límite inferior y un límite superior. Cuando estos límites
coinciden con los límites que admite un determinado dispositivo, se dice que la
señal está normalizada
Controlador
Es aquel instrumento que compara el valor medido con el
valor deseado, en base a esta operación calcula un error, para luego actuar con
el fin de corregir el error.
Control supervisorio remoto (SCADA)
Se trata de un sistema capaz de obtener y procesar
información de procesos industriales dispersos y de actuar en forma remota
sobre los mismo. Esto significa que permite supervisar simultáneamente procesos
e instalaciones industriales distribuidas en grandes áreas, tales como as redes
distribución eléctrica, oleoductos, gasoductos, entre otros.
Control digital directo (DDC).
Permite una transferencia automático-manual sin
perturbaciones y admite una fácil modificación de las acciones y de las
configuraciones de los sistemas de control lo cual es muy importante en la
puesta en marcha de la planta. El DDC tiene la ventaja sobre los controladores
convencionales de estar provisto de un calibrador automático que corresponde a
las acondiciones de operación instantánea.
Sistema de control distribuido (SDC).
La medición y el control en la industria son muy importantes,
tanto desde el punto de vista del funcionamiento correcto del proceso como de
la consideración del balance adecuado entre coste y producto final.
Operar el proceso en forma segura y estable.
Diseñar sistemas de control que el operador pueda vigilar,
comprender y, cuando sea necesario, manipular en forma selectiva.
Evitar desviaciones importantes respecto a las
especificaciones de productos durante las perturbaciones.
Actuador (elemento final).
En el control automático de los procesos industriales el
actuador es un dispositivo importante, 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.
Actuadores de velocidad variable.
Gobernarán la
velocidad de bombas centrífugas, ventiladores, compresores, variando de este
modo el caudal de fluido
La exactitud:
por otro lado, se refiere a la cercanía de los resultados a un valor verdadero
o aceptado. Una medición es exacta si se acerca al valor verdadero o conocido
del objeto o fenómeno que se está midiendo.
La precisión:
se refiere a la reproducibilidad o fiabilidad de las mediciones. Una medición
es precisa si las diferentes mediciones realizadas del mismo objeto o fenómeno
arrojan resultados muy similares entre sí. La precisión se relaciona con el
nivel de variabilidad dentro de una serie de mediciones, es decir, con la
capacidad de las mediciones de ser consistentes y repetibles.
En el contexto de un proceso industrial, la incertidumbre se
refiere a la variabilidad o falta de precisión en la medición y control de las
variables del proceso. Esto puede incluir factores como la calidad y
consistencia de las materias primas, fluctuaciones en la temperatura, presión o
tiempo de procesamiento, entre otros.
Para reducir la incertidumbre
en procesos industriales, se pueden implementar técnicas y estrategias como el
monitoreo constante de variables críticas, el uso de herramientas de análisis
de datos y el empleo de metodologías de mejora continua.
El error de medida es la
diferencia entre el valor real y el medido, sin embargo puesto que el valor
real nunca se conoce realmente, el error siempre debe estimarse.
El análisis de sensibilidad se puede realizar para
apoyar el proceso de toma de decisiones con hechos. El análisis incluye
múltiples simulaciones con valores de parámetros de diseño automáticamente
seleccionados. El grado en que el parámetro de diseño influye en los resultados
define la sensibilidad
La repetibilidad se refiere a la capacidad de
diferentes instrumentos u operadores para producir resultados consistentes en
las mismas condiciones. En otras palabras, si se utilizan diferentes
instrumentos u operadores para medir una pieza, se espera que los resultados
sean consistentes entre ellos.
La histéresis es la Tendencia de un material a
conservar una de sus propiedades, en ausencia del estímulo que la ha generado
podemos encontrar diferentes manifestaciones de este fenómeno
DERIVA:
En el contexto de instrumentación y control industrial, "deriva" se
refiere a una variación en la señal de salida que ocurre durante un período de
tiempo específico mientras la variable medida y todas las condiciones
ambientales permanecen constantes. Por lo general, se consideran dos tipos de
deriva: deriva cero (variación en la señal de salida para el valor cero de la
medición atribuible a cualquier causa interna) y deriva térmica cero (variación
en la señal de salida en la medición cero debido únicamente a los efectos 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.
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. Cada componente, cada pieza de recambio o cada
lote de materia prima debe ser rastreable. Es la manera de poder identificar el
origen de problemas potenciales de calidad. Hacerlo, con las garantías
necesarias de seguridad y fiabilidad, solo es posible si dispones de
herramientas capaces de gestionar gran cantidad de datos. Datos que provienen
de una compleja cadena de suministro. Y de un complejo control de existencias.
LINEALIDAD:
La aproximación de una curva de calibración a una línea recta especificada. La 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.
CALIBRACION:
La calibración es la comparación de un valor medido con el valor correcto en
condiciones específicas, documentando la desviación, calculando la
incertidumbre de la medición y emitiendo el certificado. Esto significa que las
mediciones relevantes para la calidad deben ser supervisadas, documentadas y
llevadas a cabo con el patrón correcto.
SISTEMA DE
CONTROL: Se entiende por control industrial a todas aquellas
actividades que se desarrollan en una empresa para llevar a cabo los procesos
industriales. Hoy día, la mayoría de estas funciones se ejecutan de manera
automática, utilizando los nuevos avances tecnológicos para alcanzar los
objetivos. Los sistemas de automatización para el control industrial son
aquellos procesos donde se aplican distintas áreas de la tecnología para
monitorear el trabajo que desarrollan los dispositivos y máquinas sin la
necesidad del hombre.
Un sistema en LAZO ABIERTO
es aquél que la salida censada del proceso no es comparada con la señal de
referencia.
Un sistema en LAZO CERRADO
toma la salida del proceso y la compara con la señal de referencia para conocer
en todo momento la evolución de la variable.
Por lo tanto, la diferencia entre un sistema de lazo abierto
y lazo cerrado radica en el monitoreo constante de la variable que se desea
controlar, el lazo abierto nunca sabe cómo la variable se comporta, mientras
que el lazo cerrado conoce en todo momento la evolución de la variable.
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