instrumentos de medición y de control, Monografías, Ensayos de Medición Electrónica e Instrumentación

¡Descarga instrumentos de medición y de control y más Monografías, Ensayos en PDF de Medición Electrónica e Instrumentación solo en Docsity! instrumentos de medición y de control Instituto Politécnico Universitario Santiago Mariño Extensión Maracay Escuela de Ingeniería Electrónica Autor: Rafael Solórzano C.I.26620970 Introducción Los controles automáticos tienen una intervención cada vez más importante en la vida diaria, desde los simples controles que hacen funcionar un tostador automático hasta los complicados sistemas de control necesarios en vehículos espaciales, en guiado de proyectiles, sistemas de pilotajes de aviones, etc. Además el control automático se ha convertido en parte importante e integral de los procesos de manufactura e industriales modernos. Por ejemplo el control automático resulta esencial en operaciones industriales como el control de presión, temperatura, humedad, viscosidad y flujo en las industrias de procesos, maquinado manejo y armado de piezas mecánicas en las industrias de fabricación, entre muchas otras. En la actualidad en las modernas fábricas e instalaciones industriales, se hace cada día más necesario de disponer de sistemas de control o de mando, que permitan mejorar y optimizar una gran cantidad de procesos, en donde la sola presencia del hombre es insuficiente para gobernarlos. La industria espacial y de la aviación, petroquímica, papelera, textil, del cemento, etc. son algunos ejemplos de lugares en donde se necesitan sistemas de control, cuya complejidad ha traído como consecuencia el desarrollo de técnicas dirigidas a su proyecto y construcción. Método: Sujeto: Para la realización de este trabajo, se investigó sobre lo que es los sistemas de control y los instrumentos de medición y control utilizados en el ámbito industrial. Técnicas e instrumentos: Para el desarrollo del trabajo, se realizó una investigación lógico-deductivo mediante técnicas que implicaron lo obtención de información por medios externos como lo son revistas, páginas webs y libros entre otros. Generalidades de los Instrumentos De Medición Un instrumento de medición es aquel que permite medir la longitud, volumen, extensión o capacidad por comparación de un elemento estandarizado el cual es tomado como referencia para posteriormente asignarle un valor número mediante algún instrumento graduado con dicha unidad. Los instrumentos de medición y control presentan relativa complejidad dependiendo de la variable de medición y el proceso. Es importante realizar una clasificación de manera sencilla que pueda abarcar gran parte de los instrumentos, de ahí que estos se puedan clasificar por su función y por la variable del proceso a medir. Usos La instrumentación puede formar estructuras complejas para medir, controlar y monitorear todos los elementos de un sistema industrial con profundidad y gran exactitud, además de automatizar tales procesos y, a la vez, garantizar la repetitividad de las medidas y resultados. Los instrumentos de medición y control son aplicados a máquinas como calentadores, reactores, bombas, hornos, prensas, refrigeradores, acondicionadores, compresores y una variedad amplia de máquinas o instalaciones a partir de la supervisión de un ingeniero de instrumentación. Control por retroalimentación o Feedback: Este tipo de control mide la diferencia entre la variable controlada y el punto de consigna con el objetivo de minimizarla. Control anticipativo o Feedforward: Este tipo de control consiste en la anticipación del cambio que pueda originar la perturbación sobre la variable a controlar. Es decir, se basa en la medición de la perturbación antes de entrar en el sistema para poder regular cualquier cambio que se pueda producir. Control de todo o nada u On/Off: Este tipo de control consiste en un control parecido al Control Feedback, pero actúa únicamente cuando la variable controlada llega a un valor determinado y tiene únicamente dos posiciones. Un caso muy común son las válvulas de todo o nada que se abren y se cierran dependiendo del tipo de señal que reciba el controlador. Control de cascada: Se trata de una combinación de un control anticipativo y de un control de retroalimentación. Control de rango partido o Split-Range: donde se realiza el control de un parámetro a través de dos o más variables Rango o Alcance El rango o alcance, está definido como el conjunto de valores de la variable medida que están comprendidos dentro de los límites superior e inferior de la capacidad de medida del instrumento. Este valor se encuentra expresado estableciendo los dos valores extremos LRV y URV. LRV (Valor de rango mínimo) El valor mínimo de la variable medida que un dispositivo está ajustado para medir. URV (Valor de rango máximo) El valor máximo de la variable medida que un dispositivo está ajustado para medir. SPAN El span se define como la diferencia algebraica entre el límite superior URV y el límite inferior LRV del instrumento. Error El error es la diferencia algebraica entre el valor medido o transmitido por el instrumento y el valor real de la variable medida por un instrumento patrón. El error normalmente se indica como un porcentaje, conocido como error relativo y está dado por la siguiente relación: Repetitividad La repetitividad es la capacidad de reproducir las posiciones del instrumento (pluma, índice o señal de salida) al medir repetidamente valores idénticos de la variable operacional en las mismas condiciones de servicio y en el mismo sentido de variación, recorriendo todo el campo. Resolución Es el mínimo valor confiable que puede ser medido en un instrumento. Exactitud La exactitud es la cualidad de un instrumento para dar lecturas próximas al verdadero valor de la magnitud medida. Es función de la repetitividad, resolución y de la calibración del instrumento. La exactitud se expresa en términos de porcentaje, ya sea del span calibrado, del URL o de la lectura. Es muy importante no sólo tomar en cuenta el número de % de error sino los términos adicionales que lo acompañan. PRECISIÓN La precisión es el grado de concordancia entre una serie de determinaciones obtenidas de repetir la medición bajo mismas o diferentes condiciones y se expresa como la desviación estándar relativa (dispersión) o el coeficiente de variación. Cuanto menor sea la desviación estándar, es mejor la precisión. La precisión es función de la repetitividad y la resolución. Incertidumbre La incertidumbre en la medida es la distribución estadística de los resultados que pueden ser atribuidos razonablemente al verdadero valor de la magnitud medida. Zona Muerta (DEAD ZONE O DEAD BAND) La zona muerta es el campo de valores de la variable operacional que no hace variar la indicación o la señal de salida del instrumento; es decir, ante cambios de la magnitud de la variable operacional el instrumento no produce respuestas. Viene dado en tanto % del alcance de la medida. Histéresis La histéresis es la diferencia máxima que se observa en los valores indicados por el instrumento para el mismo valor cualquiera del campo de medida, cuando la medición de la variable recorre toda la escala en los dos sentidos, ascendente y descendente. Linealidad La linealidad es la aproximación más cercana de una curva de calibración, a una línea recta previamente establecida. Los instrumentos ideales son lineales. De hecho, la mayoría de los sistemas instrumentales comerciales tienen respuesta lineal. Puede ocurrir, sin embargo, que la respuesta no sea estrictamente lineal y, por ende, que ocurra un error por no linealidad de la respuesta del instrumento. Rangeabilidad Se define como la relación del máximo al mínimo valor en el que el instrumento tiene una actuación aceptable de acuerdo a su exactitud y se hace presente generalmente en instrumentos cuyo funcionamiento es a través de elementos mecánicos, como es el caso de los medidores de flujo y válvulas de control. Tiempo de respuesta Debido a fenómenos de equilibrio, transporte, entre otros, la medición de cualquier variable de proceso puede implicar una demora que debe ser definida adecuadamente. Si la medición tiene una cinética más lenta que la de la propia variable, habrá que disponer de sistemas complejos de predicción del valor en lugar de descansar sólo sobre la medición instrumental. Clasificación de los instrumentos de instrumentación industrial: Se clasifican de dos formas básicas: En función al instrumento En función a la variable en proceso En función al instrumento tenemos: Instrumentos ciegos Instrumentos indicadores Instrumentos registradores Transmisores Convertidores Instrumentos ciegos: Son aquellos que no tienen indicación visible de la variable, tales como presostatos y termostatos. Son también instrumentos ciegos, los transmisores de caudal, presión, nivel y temperatura sin indicación. Instrumentos indicadores: Disponen de un índice y de una escala graduada en la que puede leerse el valor de la variable. Según la amplitud de la escala se dividen en indicadores concéntricos y excéntricos. Instrumentos registradores: Registran con trazo continuo o a puntos la variable, y pueden ser circulares o de gráfico rectangular o alargado según sea la forma de gráfico. Los registradores de gráfico circular suelen tener el gráfico de 1 revolución en 24 horas mientras que en los de gráfico rectangular la velocidad normal del gráfico es de unos 20 mm/hora. Transmisores: Captan la variable de proceso a través del elemento primario y la transmiten a distancia en forma de señal neumática de mar gen 3 a 15 psi (libras por pulgada cuadrada) o electrónica de 4 a 20 mA de corriente continua. La señal neumática de 3 a 15 psi equivale a 0,206 - 1,033 bar (0,21 - 1,05 kg/cm por lo cual, también se emplea la señal en unidades SI 0,2 a 1 bar Asi mismo, se emplean señales electrónicas de 1 a 5 mA de 10 a 50 mA y de 0 a 20 mA, si bien la señal normalizada es de 4-20 mA. Convertidores: Son aparatos que reciben una señal de entrada neumática (3-15 psi) o electrónica (4-20 mA) procedente de un instrumento y después de modificarla envían la resultante en forma de señal de salida estándar. En función a la variable en proceso: De acuerdo con la variable del proceso, los instrumentos se dividen en instrumentos de: Caudal Nivel Presión Temperatura Densidad y peso especifico humedad y punto de rocío Posición Velocidad Esta clasificación corresponde específicamente al tipo de las señales medidas siendo independiente del sistema empleado en la conversión de la señal de proceso. De este modo, un transmisor neumático de temperatura del tipo de bulbo y capilar, es un instrumento de temperatura a pesar de que la medida se efectúa convirtiendo las variaciones de presión del fluido que llena el bulbo y el capilar.