Instrumentación y Control

ingenieriadeproceo
5 dic 2020
7 Min. de lectura

Actualizado: 7 dic 2020

INTRODUCCION

Un sistema de producción es cualquier actividad que produzca algo, sin embargo, definiéndola de manera más formal, es aquello que toma un insumo y lo transforma en un producto con valor inherente.

La ingeniería de procesos estudia las operaciones por las que se crean productos a partir de sustancias por medio de procedimientos fisicoquímicos o biológicos, es decir, busca optimizar los procesos bajo ciertas restricciones que aseguren la sostenibilidad económica, ambiental y social de los mismos. Por tanto, los ingenieros de procesos aplican la ciencia, matemáticas e ingeniería para transformar la materia y la energía.

En la actualidad existen profesionales altamente calificados, que se dedican a la intervención en la toma de decisiones en las industrias, ellos se encargan de planear, diseñar y ejecutar decisiones buscando conseguir el mejor rendimiento posible en la producción de la empresa.

Instrumentos de medida

Instrumento de medida que permite medir longitud, volumen, extensión o capacidad mediante la comparación de elementos estandarizados, que se utilizan como referencia, y luego asignar valores mediante un instrumento de escala con la unidad.

Sensor

Transmisor

Es un instrumento que capta la variable en proceso y la transmite a distancia a un instrumento indicador, registrador, controlador o una combinación de estos. Es un equipo que emite una señal, código o mensaje a través de un medio.

Controlador

Es un elemento de software utilizado en diversos sistemas operativos, también llamado manejador de dispositivo, device driver o driver.

Actuador

Es un dispositivo que convierte la energía en movimiento o que se utiliza para aplicar fuerza. El dispositivo toma energía de una determinada fuente (que puede ser energía creada por aire, líquido o electricidad) y la convierte en el movimiento deseado.

Exactitud

La exactitud es el grado de concordancia entre el resultado de las medidas y el valor verdadero de la magnitud que se pretende medir.

La exactitud está relacionada con la incertidumbre sistemática, que introduce desviaciones siempre en el mismo sentido que alejan el valor medido del verdadero (particularmente el error de cero).

Precisión

La precisión es la cualidad de un instrumento por la que tiende a dar lecturas muy próximas unas a otras, es decir, es el grado de dispersión de las mismas. Un instrumento puede tener una pobre exactitud, pero una gran precisión.

Por lo tanto, los instrumentos de medida estarán diseñados por los fabricantes para que sean precisos, y como periódicamente se des calibran, deben reajustarse para que sean exactos. A señalar que el término precisión es sinónimo de repetibilidad.

Incertidumbre

La incertidumbre es la dispersión de los valores que pueden ser atribuidos razonablemente al verdadero valor de la magnitud medida. Cuando se realiza una operación de calibración, se compara el instrumento a calibrar con un aparato patrón para averiguar si el error se encuentra dentro de los límites dados por el fabricante del instrumento.

Error de medida

El error de la medida es la desviación que presentan las medidas prácticas de una variable de proceso con relación a las medidas teóricas o ideales, como resultado de las imperfecciones de los aparatos y de las variables parásitas que afectan al proceso. Es decir:

Sensibilidad

La sensibilidad (sensitivity) es la razón entre el incremento de la señal de salida o de la lectura y el incremento de la variable que lo ocasiona, después de haberse alcanzado el estado de reposo.

Es la capacidad de un instrumento de medida para apreciar cambios en la magnitud que se mide, de tal forma que los más sensibles son capaces de detectar cambios más pequeños.

Hay que señalar que no debe confundirse la sensibilidad con el término de zona muerta; son definiciones básicamente distintas que antes era fácil confundir cuando la definición inicial de la sensibilidad era “valor mínimo en que se ha de modificar la variable para apreciar un cambio medible en el índice o en la pluma de registro de los instrumentos”.

Repitibilidad

A mayor repetibilidad, es decir, a un menor valor numérico, los valores de la indicación o señal de salida estarán más concentrados, es decir, habrá menos dispersión y una mayor precisión.

Histéresis

La histéresis (hysteresis) 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.

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.

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.

Deriva

Es una variación en la señal de salida que se presenta en un período de tiempo determinado mientras se mantienen constantes la variable medida y todas las condiciones ambientales. Se suelen considerar la deriva de cero (variación en la señal de salida para el valor cero de la medida atribuible a cualquier causa interna) y la deriva térmica de cero (variación en la señal de salida a medida cero, debida a los efectos únicos de la temperatura).

La deriva está expresada 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. Por ejemplo, la deriva térmica de cero de un instrumento en condiciones de temperatura ambiente durante 1 mes fue de 0,2% del alcance.

Trazabilidad metrológica

Propiedad del resultado de las mediciones efectuadas con un instrumento o con un patrón, tal que puede relacionarse con patrones nacionales o internacionales, mediante una cadena ininterrumpida de comparaciones y con todas las incertidumbres determinadas.

Comparación con un patrón de mejor exactitud, con una cadena ininterrumpidas de comparaciones para asegurar que todos estemos midiendo relativamente lo mismo, por cuanto se puede hacer la analogía de una gran cadena y esta ilustra el hecho de que todo lo que cuelga de un eslabón no es trazable si dicho eslabón está roto. En cuanto mayores subas en la cadena menor será la incertidumbre o mejor será la exactitud.

La trazabilidad metrológica garantiza que los resultados de medida sean comparables entre sí, independientemente del lugar y tiempo en que se hayan realizado facilitando el que puedan ser universalmente aceptados.

Ruido

Son perturbaciones que degradan la calidad que hace en general que la señal recibida pueda diferir de la que ha transmitido el emisor, es decir limitan la transmisión del enlace.

En las:

· Analógicas se degrada la calidad de la señal.

· Digitales los bits erróneos.

Cualquier perturbación eléctrica o señal accidental no deseada que modifica la transmisión, indicación o registro de los datos deseados. Un caso especial es la interferencia de radiotransmisores RFI

(Radio Frequency Interference).

Puede expresarse en unidades de la señal de salida o en tanto por ciento del alcance.

Linealidad

La aproximación de una curva de calibración a una línea recta, es decir es una curva característica de la medida. En la regla de los intervalos son a veces demasiados cortos o demasiado largos o simplemente acertados, en consecuencia, las desviaciones son desiguales o no lineales.

Linealidad basada en puntos

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.

Amplificadores.

Aumentar su potencia además de su intensidad para que no sufra distorsión o atenuación por el proceso de medición sobre todo si la impedancia de entrada del circuito sensor no es suficientemente alta, esto se logra garantizando que la señal a medir tenga un nivel mínimo de potencia entregada.

Calibración
La calibración es el proceso de comparar los valores obtenidos por un instrumento de medición con la medida correspondiente de un patrón de referencia (o estándar).

La confianza, en la bondad y en las indicaciones de los instrumentos de indicación y control, depende de la gestión de calibraciones y es vital para la producción de calidad de una planta.

Sistema de Control.

Un sistema de control está definido como un conjunto de componentes que pueden regular su propia conducta o la de otro sistema, La finalidad de un sistema de control es conseguir, mediante la manipulación de las variables de control, un dominio sobre las variables de salida, de modo que estas alcancen unos valores prefijados, con pocas probabilidades de fallos.

Lazo abierto de control

Es el camino que sigue la señal sin realimentación.

En el lazo de control abierto el operador ajusta la válvula manual en la forma que cree conveniente para igualar el caudal del líquido de salida con el de entrada. Si los caudales de entrada y salida son muy diferentes con picos de consumo desiguales, al operador le será difícil mantener un nivel constante de modo que tendrá que hacer ajustes con frecuencia.

Lazo cerrado de control.

Camino que sigue la señal desde el controlador hacia la válvula, al proceso y realimentándose a través del transmisor hacia un punto de suma con el punto de consigna.

En ocasiones, el control de lazo cerrado debe operar en lazo abierto, tal como puede ocurrir en el arranque de procesos por parte de un operador experimentado con un buen conocimiento del proceso. El operador, en base a su experiencia, abrirá o cerrará el elemento final de control (válvula de control, etc.) más allá de lo que lo haría un lazo cerrado de control, con lo que conseguirá una mayor velocidad en la variable y alcanzar el punto de consigna en menos tiempo.

En ambos, tanto en los lazos abierto de control como en los cerrados se observa que existen elementos definidos como el elemento de medida, el transmisor, el controlador, el indicador, el registrador y el elemento final.

Bibliografía

Acedo.J. (2006). Instrumentación y control básico de Procesos. España: Ediciones Díaz de Santos.

Creuz.A. (2010). Instrumentación Industrial. Mexico: Alfaomega grupo editor, SA.

Hernandéz.R. (2010). Introducción a los sistemas de control, aplicación y simulación con matlab. Mexico: Pearson educatión.

Ogata.K. (2003). Ingeniería de control moderna. Madrid: Pearson educación.

Anexo