variables de instrumentacion

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Variables de Instrumentación Equipo Orta Cervantes Victoria Jaramillo Paz Erick Govela Olguín Diego Cárdenas Pozos Félix De León Reyes Mohamed Cazares Cruz Onathia Itzel

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Page 1: Variables de instrumentacion

Variables de Instrumentación

Equipo • Orta Cervantes Victoria

• Jaramillo Paz Erick

• Govela Olguín Diego

• Cárdenas Pozos Félix

• De León Reyes Mohamed

• Cazares Cruz Onathia Itzel

Page 2: Variables de instrumentacion

Objetivo

• El alumno relacionara las variables

involucradas en los procesos, para registrar sus

intervalos de operación.

Page 3: Variables de instrumentacion

Instrumentación Es el arte o ciencia de aplicar instrumentos de medición y control a un

proceso para determinar la identidad y/o magnitud de ciertas

variaciones físicas o químicas con el propósito de mantenerlas dentro de

límites específicos.

Es la aplicación de técnicas y conocimientos de ingeniería, de dispositivos

y de mecanismos para detectar, medir, registrar y controlar una variable o

conjunto de ellas que pueden estar asociadas en la elaboración de un

producto, en la operación de una máquina o en cualquier tipo de

proceso.

Objetivos de la instrumentación • Disminución de la mano de obra

• Aumentar la eficiencia del proceso

• Aumentar la seguridad del personal de operación.

• Aumentar la seguridad del equipo involucrado.

Page 4: Variables de instrumentacion

Conceptos de Variables En instrumentación, las cantidades o características que se miden dentro

de un proceso se denominan comúnmente como variables de medición,

variables de instrumentación o variables de proceso.

Variable: es una cantidad o condición que varía con respecto al tiempo y que es factible de controlarse y medirse.

Clasificación de Variables • Variables térmicas.

Toda sustancia por encima de los 0 kelvin (-273,15 °C) emite calor. Si dos

sustancias en contacto se encuentran a diferente temperatura, una de

ellas emitirá más calor y calentará a la más fría. El equilibrio térmico se

alcanza cuando ambas emiten, y reciben la misma cantidad de calor, lo

que iguala su temperatura.

• Variables de radiación.

Las variables de radiación se refieren a la emisión, propagación y

absorción de energía a través del espacio o de algún material en la

forma de ondas; y por extensión, la emisión, propagación y absorción

corpuscular.

Page 5: Variables de instrumentacion

Clasificación de Variables • Variables de fuerza.

Las variables de fuerza son aquellas cantidades físicas que modifican la

posición relativa de un cuerpo, la modificación puede incluir hasta la

alteración de las dimensiones en forma permanente (deformaciones

plásticas) o en forma transitoria (deformaciones elásticas), las fuerzas

pueden tener un carácter estático (peso propio) o dinámico.

• Variables de velocidad.

Estas variables están relacionadas con la velocidad a la que un cuerpo

se mueve hacia o en dirección opuesta a un punto de referencia fijo. El

tiempo siempre es uno de los componentes de la variable velocidad, el

término velocidad se asocia a un fluido a través del flujo o caudal, en

caso de cuerpos se puede apreciar la rapidez con que el cuerpo recorre

una medida por unidad de tiempo, la medida puede ser lineal o angular.

• Variables de cantidad.

Las variables de cantidad se refieren a la cantidad total de material que

existe dentro de ciertos límites específicos, así por ejemplo: la masa es la

cantidad total de materia dentro de límites específicos. En este caso, el

peso es la medida de la masa en base a la atracción de la gravedad.

Page 6: Variables de instrumentacion

Clasificación de Variables • Variables de tiempo.

Las variables de tiempo son las medidas del lapso transcurrido, es la

duración de un evento en unidades de tiempo, la cantidad de periodos

que se repiten en una unidad de tiempo se define como la frecuencia, la

cual por lo general se mide en Hertz.

• Variables geométricas.

Estas se refieren a la posición o dimensión de un cuerpo. Las variables

geométricas están relacionadas con el estándar fundamental de

longitud. Se puede apreciar como variable la posición de un cuerpo con

respecto a una referencia, se puede dimensionar un cuerpo tomando la

distancia relativa entre dos puntos, se puede determinar la superficie de

un cuerpo partiendo del área encerrada por al menos tres puntos de

distancias entre sí conocida.

• Variables de propiedades físicas.

Las variables de propiedades físicas se refieren a las propiedades físicas

de sustancias, sin considerar aquellas que están relacionadas con la

masa y la composición química.

Page 7: Variables de instrumentacion

Clasificación de Variables

• Variables de composición química.

Son las propiedades químicas de las sustancias referidas a su

composición, a su acidez o alcalinidad.

• Variables eléctricas.

Las variables eléctricas son las necesarias para evaluar energía eléctrica,

por ejemplo: diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos, corriente

eléctrica que circula por un conductor (impedancia),resistencia que

ofrece un elemento al paso de corriente (resistividad), capacidad de un

cuerpo en retener energía eléctrica (capacitancia) o inducir campos

magnéticos (inductancia).

Page 8: Variables de instrumentacion

Características de los instrumentos De acuerdo con las normas SAMA (Scientific Apparatus Maker Association), PMC20. Las características de mayor importancia para los instrumentos son:

• Campo de medida o rango (range) Es el conjunto de valores dentro de los límites superior e inferior de medida en los cuales el instrumento es capaz de trabajar en forma confiable por ejemplo un termómetro de mercurio con rango de 0 a 50 grados Celsius espectro o conjunto de valores de la variable de medidas que están comprendidas dentro de los limites superior e inferior de la capacidad de medida o de transmisión del instrumento. • Alcance (span)

Es la diferencia entre el valor superior e inferior del campo de medida. Es la diferencia algebraica entre los valores superior e inferior del campo de medida del instrumento. Es el punto máximo con valor superior del rango de medición. • Errores (grande, sistemático y aleatorio) Un error sistemático es aquel que se produce de igual modo en todas las mediciones que se realizan de una magnitud. Puede estar originado en un defecto del instrumento, en una particularidad del operador o del proceso de medición,

etc. El error aleatorio o accidental es aquel error inevitable que se produce por eventos únicos imposibles de controlar durante el proceso de medición. Se contrapone al concepto de error sistemático.

Page 9: Variables de instrumentacion

Características de los instrumentos • Exactitud

Es las especificaciones de un sensor esto realmente quiere decir falta de exactitud. esta es la razón de la máxima desviación de un valor representado por el sensor con respecto al valor ideal. • Precisión Esto es la tolerancia mínima de medida que permite indicar, registrar o controlar el instrumento en otras palabras es la mínima división de escala de un instrumento indicador generalmente esta se expresa en porcentajes. La presión de un

instrumento indica su capacidad para reproducir cierta lectura con una exactitud dada se expresa en porcentaje (%). • Zona muerta Son aquellas donde la sensibilidad del instrumento es nula lo que hace que no cambie su indicación y señal de salida. • Sensibilidad Es la relación éntrela lectura del instrumento y el cambio en el proceso que cambia

este efecto. Es la respuesta del instrumento al cambio de la entrada o parámetro medido. Es decir, se determina por la intensidad de I necesaria para producir una desviación completa de la aguja indicadora a través de la escala.

Page 10: Variables de instrumentacion

Características de los instrumentos • Repetibilidad Este parámetro define si un campo es repetible (o sea que puede presentarse más de una vez en un registro dado), o no. Una R indica que el campo es repetible • Histerisis La histéresis magnética, es el fenómeno que permite el almacenamiento de información en los platos de los discos duros o flexibles de los ordenadores: el campo induce una magnetización, que se codifica como un 0 o un 1 en las regiones del

disco. Esta codificación permanece en ausencia de campo, y puede ser leída posteriormente, pero también puede ser invertida aplicando un campo en sentido contrario. • Campo de medida con supresión de cero Es aquel rango de un instrumento cuyo valor mínimo se encuentra por encima del cero real de la variable. • Supresión de cero

Es la cantidad de desfase que hay por debajo del valor inferior del rango. • Campo de medida con elevación de cero. Es aquel rango de un instrumento cuyo valor mínimo se encuentra por debajo de cero de las variables. • Ruido Señales impuras que afectan a las diferentes señales del sistema de medición.

• Fiabilidad Es la probabilidad de que el instrumento permanezca en ciertos límites de error.

Page 11: Variables de instrumentacion

Características de los instrumentos • Resolución Es la de visualización a escala del instrumento. • Lineabilidad Es la proporcionalidad directa y libre de errores con equivalencias de alta

calibración. • Estabilidad Son los instrumentos de altas calidad, que tienen una probabilidad de tener una larga vida útil. • Temperatura de servicio

Son las temperaturas de trabajo del instrumento. • Vida útil de servicio La vida útil es la duración estimada que un objeto puede tener, cumpliendo correctamente con la función para el cual ha sido creado. Normalmente se calcula en horas de duración.

Page 12: Variables de instrumentacion

Clases de instrumentos Los instrumentos de medición y de control son relativamente complejos y su función

puede comprenderse bien si están incluidos dentro de una clasificación adecuada. Como es lógico, pueden existir varias formas para clasificar los instrumentos, cada una de ellas con sus propia s ventajas y limitaciones Una de las más sencillas es la clasificación de acuerdo con la función del instrumento.

Clasificación de los instrumentos de acuerdo con la función del instrumento.

• Instrumentos ciegos. No tienen indicación visible, son todos aquellos que generalmente son de

manipulación como interruptores, termostatos, presos tatos, válvulas, transmisores etc. que solo cumplen con su trabajo sin la necesidad de expresar los cambios

graduales de la señal • 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.

• Instrumentos registradores. Expresan la señal con trazos continuos a puntos.

Page 13: Variables de instrumentacion

Clasificación de los instrumentos de acuerdo con la función del instrumento.

• Elementos primarios de medición. • Transmisores, Convertidores y Controladores. 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.

Page 14: Variables de instrumentacion

Clasificación de los instrumentos de acuerdo con la función del instrumento.

• Receptores. Un receptor es una estructura de un ser vivo que detecta diferentes estímulos del medio y los transmite al sistema nervioso para que este genere una respuesta mediante un efecto. Para que se active el estímulo, debe superar la umbral de excitación. Los receptores son específicos, esto quiere decir que solo reciben un tipo

de estímulo dependiendo del receptor como ejemplo el foto receptor se estimula solo con luz. • Elemento final de control.

Page 15: Variables de instrumentacion

Presión Es una magnitud física que mide la fuerza por unidad de superficie y sirve

para caracterizar como se aplica una determinada fuerza resultante sobre

una superficie.

En el sistema internacional de unidades SI la presión se mide en una unidad

derivada que se denomina pascal Pa que es equivalente a una fuerza total

de un newton actuando uniformemente en un metro cuadrado.

Presión absoluta y relativa. En determinadas aplicaciones la presión se mide no como la presión

absoluta si no como la presión por encima de la presión atmosférica

denominándose presión relativa , presión normal, presión de gauge o

presión manométrica.

Consecuentemente la presión absoluta es la presión atmosférica mas la

presión manométrica presión que se mide con el manómetro.

Page 16: Variables de instrumentacion

• PRESION DE VACIO: es aquella que se mide como la diferencia

entre una presión atmosférica y la presión absoluta cero

absoluto.

• PRESION ATMOSFERICA: es la presión medida con referencia a

la presión atmosférica la diferencia entre la presión medida y la

presión atmosférica real.

• PRESION HIDROSTATICA: es la presión existente bajo la superficie

de un liquido ejercida por el mismo

• PRESION DE LINEA: es la fuerza ejercida por el fluido por unidad

de superficie sobre las paredes de una conducción por la que

circula.

• PRESION DIFERENCIAL: es la diferencia entre un determinado

valor de presión y otro utilizado como referencia.

Page 17: Variables de instrumentacion

Clasificación de los medidores de Presión 1. Mecánicos de tubo Bourdon, fuelle y diafragma. 2. Electromecánicos de equilibrio de fuerzas, resistivos, magnéticos, capacitivos, de

galgas extenso métricas, piezoeléctricos y de silicio difundido.

3. Transductores electrónicos de vacío de fuelle y diafragma, de comprensión, de fundamento térmico y de ionización.

Medidores de presión Manómetros diferenciales, Switch de presión,

transmisores, etc.

Page 18: Variables de instrumentacion

Simbología para indicadores de presión

Page 19: Variables de instrumentacion

Medidores de presión

Manómetro de seguridad con frontal solido

Manómetro analógico

Manómetro para baja presión

Page 20: Variables de instrumentacion

Temperatura.

La temperatura es una magnitud referida a las

nociones comunes de caliente o frío, por lo general

un objeto mas “caliente” tendrá una mayor

temperatura. En física, se define como

una magnitud escalar relacionada con la energía

interna de un sistema termodinámico. Más

específicamente, está relacionada directamente

con la parte de la energía interna conocida como

“energía cinética” que es la energía asociada a los

movimientos de las partículas del sistema, sea en un

sentido traslacional, rotacional, o en forma

de vibraciones. A medida de que sea mayor la

energía cinética de un sistema, se observa que éste

se encuentra más “caliente” es decir, que su

temperatura es mayor.

Page 21: Variables de instrumentacion

Temperatura.

El termómetro es un instrumento de medición de

temperatura. Desde su invención ha evolucionado

mucho, principalmente a partir del desarrollo de los termómetros electrónicos digitales.

Page 22: Variables de instrumentacion

Escala de Temperaturas

La temperatura se mide con termómetros, los cuales pueden

ser calibrados de acuerdo a alguna de las escalas que dan

lugar a unidades de medición de la temperatura. En el sistema

internacional de unidades , la unidad de temperatura es el

grado Kelvin (K), y la escala correspondiente es la escala Kelvin

absoluta, que asocio el valor “cero Kelvin (0 K) ” al “cero

absoluto”. Y se gradúa con un tamaño de grado igual al del

grado Celsius. Sin embargo, fuera del ámbito científico el uso

de otras escalas de temperatura es común. La escala mas

extendida es la Celsius (antes llamada centígrada) y en mucho

menor medida, y prácticamente solo en Estados Unidos la

escala Fahrenheit. También se usa a veces la escala Rankine

(R) que establece su punto de referencia en el mismo punto

de referencia en el mismo punto de la escala Kelvin, el cero

absoluto, pero con un tamaño de grado igual a Fahrenheit, y es

usada únicamente en los Estados Unidos, y solo en algunos campos de la ingeniería.

Page 23: Variables de instrumentacion

Escalas de medición

Las escalas de medición de la temperatura se

dividen fundamentalmente en dos tipos, las

relativas y las absolutas . Los valores que se puede

adoptar la temperatura en cualquier escala de

medición, no tienen un nivel máximo, sino un nivel

mínimo: el cero absoluto. Mientras que las escalas

absolutas se basan en el cero absoluto, las

relativas tienen otras formas de definirse.

Page 24: Variables de instrumentacion

Medidores de temperatura (termopares)

Un termopar es un sensor de temperatura que

consiste en dos conductores metálicos diferentes,

unidos en un extremo, denominado junta caliente

suministrando una señal de tensión eléctrica que

depende directamente de la temperatura; este

sensor puede ser conectado a un instrumento de

medición de FEM (fuerza electro motriz) o sea un

milivoltímetro o potenciómetro.

Un termopar no mide temperaturas absolutas, sino

la diferencia de temperatura entre el extremo

caliente y el extremo frío.

Page 25: Variables de instrumentacion

EXISTEN MUCHOS METODOS CONFIABLES Y PRECISOS PARA MEDIR EL

FLUJO. ALGUNOS SON APLICADOS SOLAMENTE A LIQUIDOS, OTROS A

GASES Y A VAPORES. EL FLUIDO PUEDE SER LIMPIO O SUCIO, SECO O

HUMEDO, EROSIVO CORROSIVO.

LAS CONDICIONES TALES COMO PRESION,TEMPERATURA,

VISCOSIDAD, ETC. PUEDEN VARIAR.

APLICACIÓN DE FLUJO MEDIR LAS CANTIDADES DE GASES O LIQUIDOS UTILIZADOS ES UN

PROCESO DADO.

CONTROLAR LAS CANTIDADES ADICIONALES DE DETERMINADAS

SUSTANCIAS APORTADAS EN CIERTAS FACES DEL PROCESO.

MANTENER UN PROPORCION DADA ENTRE LOS FLUIDOS.

MEDIR EL REPARTO DE VAPOR DE UNA PLANTA

VARIABLES DE INSTRUMENTACION DE FLUJO

Page 26: Variables de instrumentacion

TIPOS PRINCIPALES DE MEDICION

CAUDALES VOLUMETRICAS.

CAUDALES DE MASA O MASICOS.

CAUDALES VOLUMETRICOS. SE MIDE EN :

CAUDAL POR PRECION DIFERENCIAL.

TURBINAS

MEDIDOR DE DESPLAZAMINETO POSITIVO

RATOMETROS

Page 27: Variables de instrumentacion

CAUDALES DE MASA

SE MIDE EN:

PLACA DE ORIFICIO

TUBERIAS

TUBO DE VENTURI

TUBO DE PITOT

TUBO DE ANNUBAR

Page 28: Variables de instrumentacion

FACTORES QUE INFLUYEN

LOS FACTORES PRINCIPALES QUE INFUYEN EN EL CAUDAL DE UN

FLUIDO QUE CIRCULA POR UNA TUBERIA SON:

VELOCIDAD DE FLUIDO

RAZONAMIENTO DE FLUIDO CON EL TUBO O FRICCION EN

CONTACTO CON LA TUBERIA.

VISCOSIDAD DEL FLUIDO

DENSIDAD DEL FLUIDO

TEMPERATURA

PRECION

Page 29: Variables de instrumentacion

POSICION: LUGAR DONDE SE ENCUENTRA UN CUERPO RESPECTO DE UN SISTEMA DE REFERENCIA.

VELOCIDAD: MAGNITUD VECTORIAL QUE DETERMINA LA RELACION ENTRE EL ESPACIO RECORRIDO POR UN CUERPO Y EL TIEMPO QUE TARDA EN RECORRERLO

FUERZA: ACCION QUE AL ACTUAR SOBRE UN CUERPO PROVOCA UN CAMBIO DE

SU ESTADO DE REPOSO A DE MOVIMIENT O.

MASA: MAGNITUD FUNDAMENTAL QUE REPRESENTA LA CANTIDAD DE MATERIA DE UN CUERPO.

PESO: FUERZA CON LA QUE UN CUERPO ATRAE A OTRO.

VALTAJE: VALOR DE LA TENCION ELECTRICA QUE ACTU EN UN APARATO ELECTRICO O CIRCUITO.

CORRIENTE: FLUJO REGULAR DE CARGA ELECTRICA QUE PASA POR UN PUNTO DETERMINADO.

POTENCIA: MAGNITUD FISICA QUE DETERMINA LA RELACION ENTRE EL TRABAJO

REALIZADO POR UN CUERPO Y EL TIEMPO QUE TARDA EN REALIZARLO.

Variables Mecánicas

Page 30: Variables de instrumentacion

Voltaje. Valor de la tensión eléctrica que actúa en un aparato

eléctrico o circuito.

Corriente. Flujo regular de carga eléctrica que pasa por un

punto determinado.

Potencia. Magnitud físico que determina la relación entre e

trabajo realizado por un cuerpo y el tiempo que tarda en

realizarlo.

Factor de potencia.

Consumo energético.

Variables Eléctricas

Page 31: Variables de instrumentacion

El nivel es una variable importante para algunas industrias y

en otras es indispensable, tales como la del papel y la del

petróleo, por mencionar algunas. Los instrumentos para la

medición de nivel varían en complejidad de acuerdo con la

aplicación y su dificultad.

En la selección correcta de un instrumento para la medición

de nivel intervienen en mayor o menor grado los siguientes

factores:

1. Rango de medición. 2. Naturaleza del fluido que va a ser medido.

3. Condiciones de operación.

Nivel

Page 32: Variables de instrumentacion

Ejemplos de nivel de variable de instrumentación Niveles en Tanques Abiertos Los instrumentos que se usan para la medición de nivel en tanques

abiertos se clasifican dentro de varias categorías: visuales, de

presión o cabeza hidrostática (columna de agua), de contacto

directo o sea flotadores y otros tipos.

Presión Hidrostática Una columna liquida crea una presión hidrostática directamente

proporcional a la altura del liquido arriba del punto de referencia.

Un elemento de presión apropiado, conectado adecuadamente al

proceso, mide el nivel del liquido en unidades apropiadas para las

cuales se debe calibrar cada elemento. Los instrumentos que con

mas frecuencia se usan para medir nivel por presión hidrostática son

el tipo de burbujeo y la caja de diafragma.

Page 33: Variables de instrumentacion

Tipo Diafragma

Esta unidad emplea un diafragma flexible, el cual esta expuesto

al material sólido en un tanque de almacenamiento.

Tipo de Tuerca - Paleta

Un diafragma típico de este sistema el vástago de la unidad

esta guiada por un motor síncrono. Cuando la rotación de la

paleta se obstaculiza por el material sólido, causa que el

soporte del motor y la caja de engranes giren en un plano

horizontal, en este momento se energizan dos pequeños

interruptores en orden consecutivo.