Universidad de Oriente

Núcleo de Monagas

Departamento de Ingeniería de Sistemas

Curso Especial de Grado - Área: ACPI

Instrumentación y Control Industrial

Terminología de Instrumentación Unidad I: Conceptos básicos de Control

Profesor: Bachilleres:

Ing. Edgar Goncalves Gimón Fondacci, Nelson Eduardo

C.I 20.312.617

Mayz Bonilla, Reynaldo José

C.I 21.348.205

Equipo OPC

Maturín, septiembre de 2014

ÍNDICE

Contenido Pág.

INTRODUCCIÓN . . . . . . . . 1

MARCO TEÓRICO . . . . . . . . 2

Repetibilidad . . . . . . . . 2

Histéresis . . . . . . . . 3

Supresión de cero . . . . . . . 4

Resolución . . . . . . . . 4

DISCUSIÓN . . . . . . . . . 5

CONCLUSIÓN . . . . . . . . 7

BIBLIOGRAFÍA . . . . . . . . 8

INTRODUCCIÓN

En toda planta industrial existen diversas variables que deben ser

controladas y supervisadas, para esta tarea es necesario contar con los más diversos equipos de instrumentación especializados en esta tarea. Las variables a controlar son muchas, y dependen del tipo de producto final que obtiene una

determinada planta, entre las variables más comunes que se controlan se tiene: la presión, la temperatura, el flujo, la velocidad, entre otros. La medición es un

proceso básico de la ciencia que consiste en comparar un patrón seleccionado con el objeto o fenómeno cuya magnitud física se desea medir para ver cuántas veces el patrón está contenido en esa magnitud.

La Instrumentación y Control de Procesos Industriales es un campo de la

ingeniería en el que la integración de tecnologías se enfoca en la optimización de procesos que el sector productivo requiera. Para lograr su objetivo, la Instrumentación y Control de Procesos Industriales se soporta en ramas de la

ingeniería como la Automatización de Procesos, Sistemas de Control, Telemetría y Seguridad de Procesos.

El manejo de la terminología básica de instrumentación constituye, junto a otros aspectos, la base de la pirámide de la automatización. Conocer esta

terminología representa una garantía en el uso adecuado de los distintos instrumentos de medición existentes en la industria, y a su vez asegura que los

procesos desarrollados en la misma se ejecuten satisfactoriamente. En la presente investigación, se abordarán conceptos básicos de medición e instrumentación que servirán como punto de inicio en el recorrido por el amplio mundo de la

automatización.

1

MARCO TEÓRICO

Los instrumentos de control empleados en las industrias de proceso tales

como química, petroquímica, alimenticia, metalúrgica, energética, textil, etc., tienen su propia terminología; los términos empleados definen las características propias de medida y de control y las estáticas y dinámicas de los diversos

instrumentos utilizados: indicadores, registradores, controladores, transmisores y válvulas de control. La terminología empleada se ha unificado con el fin de que los

fabricantes, los usuarios y los organismos o entidades que intervienen directa o indirectamente en el campo de la instrumentación industrial empleen el mismo lenguaje.

En la industria se presenta repetidamente la necesidad de conocer y

entender el funcionamiento de los instrumentos y el papel que juegan dentro del control de procesos. La instrumentación es la técnica de utilizar aparatos de medición o de medición y control con el propósito de identificar el valor de ciertas

variables, físicas o químicas y frecuentemente con el propósito de mantener esas variables dentro de limitaciones específicas.

Repetibilidad

Es la capacidad de reproducir los valores medidos

reiteradamente sobre una variable en las mismas condiciones de servicio, es decir, es la proximidad del acuerdo entre los

resultados de mediciones sucesivas de una misma magnitud efectuada con el mismo método, por el mismo observador,

con los mismos instrumentos de medición, en el mismo

laboratorio y a intervalos de tiempo cortos. La repetibilidad de mediciones se estima a menudo sobre la base de la

incertidumbre de medición, cuanto más pequeña es la incertidumbre, mejor la repetibilidad.

La repetibilidad es sinónimo de precisión. A mayor repetibilidad, es decir, a un menor valor numérico (por ejemplo, si un instrumento es 0,05% y en otro es

0,005%, este segundo tendrá más repetibilidad), los valores de la indicación o señal de salida estarán más concentrados, es decir, habrá menos dispersión y una mayor precisión.

La repetibilidad se expresa en tanto por ciento del alcance; un valor

representativo es el ±0,1%. Nótese que el término repetibilidad no incluye la histéresis. Para determinarla, el fabricante comprueba la diferencia entre el valor

2

verdadero de la variable y la indicación o señal de salida del instrumento

recorriendo todo el campo, y partiendo, para cada determinación, desde el valor mínimo del campo de medida. De este modo, en el caso de un manómetro puede

haber anotado los siguientes datos relacionados.

Variable Indicación Diferencia

0,5 0,502 -0,002

1,0 1,006 -0,006

1,5 1,509 -0,009

2,0 2,008 -0,008

La repetibilidad viene dada por la fórmula: √∑(𝑥𝑖−𝑥)

𝑁

2

; donde “xi” es el valor

verdadero de la variable, “x” es la señal de salida del instrumento y “N” es la cantidad de veces que se realizó la medición.

En el caso del ejemplo anterior, al sustituir, se tiene que: √(−0,025)2

4 ,

resultando un valor de repetitividad de ±0,01%.

Histéresis

Algunos instrumentos presentan un fenómeno de descompensación que

existe cuando se hace una comparación entre la variación de una misma medida tanto a nivel descendente como ascendente, que en realidad debería de tener el

mismo recorrido.

En un proceso cíclico, la histéresis es la diferencia que se produce al seguir

el mismo camino en direcciones ascendente y descendente.

La histéresis es la diferencia máxima que se observa en los valores indicados por el índice o la pluma del instrumento o la señal de salida para el

mismo valor cualquiera del campo de medida, cuando la variable recorre toda la escala en los dos sentidos, ascendente y descendente. El error producido por la

histéresis es variable en función de los valores de entrada y salida.

3

Se expresa en tanto por ciento del alcance de la medida. Por ejemplo: si en

un termómetro de 0-100%, para el valor de la variable de 40°C, la aguja marca 39,9°C al subir la temperatura desde 0°C, e indica 40,1°C al bajar la temperatura

desde 100°C. En este caso el valor de la histéresis será de:

40,1 − 39,9

100 − 0= ± 0,2%

Supresión de cero

Es la cantidad con que el valor inferior del campo supera el valor cero de la

variable. Puede expresarse en unidades de la variable medida o en % del alcance. Por ejemplo, 20°C en el campo 20°C a 60°C del instrumento, o sea (20/40)*100 = 50%.

Resolución

Es la menor diferencia de valor que el instrumento puede distinguir. En los instrumentos analógicos interviene el operador según donde observe la posición de la aguja, su error de paralaje en la lectura efectuada y la distancia entre los

valores marcados en la escala. Por ejemplo, en un indicador de nivel de 0% a 100% graduado cada 1% de la escala, con la aguja indicadora, que el observador

considera en la mitad entre las divisiones 52% y 53%, y que afirma que es capaz de discriminar valores del 0.5%, podrá considerarse la resolución como (0.5/100) = 0.05%.

En los instrumentos digitales, la resolución es el cambio de valor de la

variable que ocasiona que el dígito menos significativo se modifique. Por ejemplo, un indicador digital de temperatura en el que se lee 531,01°C, el dígito menos significativo es el último 1. Luego, si la temperatura aumenta a 531,02°C, la

resolución es de ((531,02-531,01)/100) = 0,00001%, lo cual no significa en absoluto que esta sea la exactitud del instrumento.

4

DISCUSIÓN

La instrumentación industrial es la ciencia del control y medición

automatizados. Constituye el grupo de elementos que sirven para medir, convertir, transmitir, controlar o registrar variables de un proceso con el fin de optimizar los recursos utilizados en éste. Un sistema de instrumentación es una estructura

compleja que agrupa un conjunto de instrumentos, un dispositivo o sistema en el que se mide, unas conexiones entre estos elementos y por último, y no menos

importante, unos programas que se encargan de automatizar el proceso y de garantizar la repetibilidad de las medidas.

En términos generales, un instrumento de medición es un dispositivo que transforma una variable física de interés, que se denomina variable medida, en

una forma apropiada para registrarla o visualizarla, llamada medición o señal medida. Una medición será, entonces, el acto de asignar un valor específico a una variable física.

Acedo (2013), en su libro electrónico “Instrumentación y control básico de

procesos”, afirma que: “Cuando se utiliza un proceso de medida de forma repetitiva sobre una variable, es muy normal obtener valores diferentes, aunque con poca diferencia entre ellos. El mejor procedimiento para obtener una

estimación del valor verdadero será calcular el valor medio de la muestra de resultados” (p.218).

El autor, en su planteamiento citado anteriormente, deja entrever la posibilidad -real por demás- de obtener distintos resultados de medición al tratar

de cuantificar una variable. Y es que aun cuando los instrumentos de medición y control tratan de garantizar la calidad y competitividad de los productos fabricados

en una planta industrial, es sumamente difícil en ocasiones acercarse al valor verdadero de una variable, ya sea por errores de calibración del instrumento, errores humanos, o cualquier perturbación en el ambiente. Es aquí donde

entonces entrarían conceptos como la repetitividad, la histéresis, los errores de medición, entre otros, que no son más que fenómenos relativamente “normales”

dentro de todo proceso de medición.

Una vez hecha la medición deseada, naturalmente se transmite una señal

que la representa hacia un dispositivo indicador o hacia un computador, en el que tendrá lugar una acción humana o automatizada. Y es que “cuando se realizan

medidas de cualquier tipo lo primero que se ha de tener en cuenta es la universalidad de lo incierto. Dicho de otra manera, siempre existe un mayor o

5

menor error cuando se utilizan sistemas de medición, puesto que la incertidumbre

va asociada con la medida”. (Acedo, 2013, p.205). Por más previsiones que se tomen a la hora de realizar una medición, siempre existirá un margen de “error” o

incertidumbre dentro de esa medición. Dicho margen será mayor, en caso de que la medición sea realizada por un operador, por cuanto no se tendrá la exactitud o precisión que normalmente proporciona una máquina.

En este sentido, los errores pueden provenir de:

Los patrones utilizados para calibración

El sistema de medición

Errores humanos.

En todo proceso industrial es absolutamente necesario controlar y mantener constantes algunas magnitudes, tales como la presión, el caudal, el nivel, la

temperatura, el PH, la conductividad, la velocidad, la humedad, etcétera. Los instrumentos de medición y control permiten el mantenimiento y la regulación de estas constantes en condiciones más idóneas que las que el propio operador

podría realizar.

En los inicios de la era industrial, el operario llevaba a cabo un control manual de estas variables utilizando sólo instrumentos simples, manómetros, termómetros, válvulas manuales, etc., control que era suficiente por la relativa

simplicidad de los procesos. Sin embargo, la gradual complejidad con que éstos se han ido desarrollando ha exigido su automatización progresiva por medio de los

instrumentos de medición y control.

6

CONCLUSIÓN

La instrumentación se refiere al conjunto de elementos que sirven para

medir, controlar o registrar variables de un proceso con el fin de optimizar los recursos utilizados en éste. Se puede decir que es la ventana a la realidad de lo que está sucediendo en un determinado proceso, lo cual servirá para determinar si

el mismo va encaminado hacia donde deseamos, y de no ser así, podremos usar la instrumentación para actuar sobre algunos parámetros del sistema y proceder

de forma correctiva.

La automatización nos rodea desde los sistemas de control del motor de los

automóviles hasta los pilotos automáticos de aviones, pasando por la fabricación de medicamentos. El primer paso es la medición, naturalmente. Si no se puede

medir algo, es mejor no intentar controlarlo.

La instrumentación es lo que ha permitido el gran avance tecnológico de la

ciencia en casos como: los viajes espaciales, la automatización de los procesos industriales y mucho otros de los aspectos de nuestro mundo moderno; ya que la

automatización es solo posible a través de elementos que puedan captar lo que sucede en el ambiente, para luego tomar una acción de control pre-programada que actúe sobre el sistema y así obtener el resultado previsto.

7

BIBLIOGRAFÍA

ACEDO, J. (2013). Instrumentación y control básico de procesos. [En línea].

Madrid: Díaz de Santos, S.A. Disponible en: http://books.google.co.ve/books?id=eTbkjZzCe74C&printsec=frontcover#v=onepage&q&f=false. [2014, 26 de septiembre].

ACEDO, J. (2006). Instrumentación y control avanzado de procesos. [En línea].

Madrid: Díaz de Santos, S.A. Disponible en: http://books.google.co.ve/books?id=3NkfbokoggcC&printsec=frontcover#v=onepage&q&f=false. [2014, 26 de septiembre].

CREUS, A. (2011). Instrumentación Industrial. [En línea]. Barcelona: Marcombo,

S.A. Disponible en: http://books.google.co.ve/books?id=iVpN-Z9H0tUC&printsec=frontcover#v=onepage&q&f=false. [2014, 26 de septiembre].

ESPINOSA, A. (2011). Instrumentación Industrial. [En línea]. Disponible en: http://books.google.co.ve/books?id=itgWRFJvqU8C&printsec=frontcover#v=onepa

ge&q&f=false. [2014, 26 de septiembre].

SAPIENSMAN. Instrumentación Industrial. [En línea]. Disponible en:

http://www.sapiensman.com/control_automatico/control_automatico7.htm. [2014, 26 de septiembre].

8