Instrumentación

Instrumentación

1. Un instrumento de medición es un dispositivo capaz de suministrar una medida o de realizar una observación en el universo físico. Podemos clasificar a los instrumentos de medición, denominándolos de acuerdo con la variable del proceso que tratemos de medir, ya sea en forma directa o indirecta

   • Clasificación de los instrumentos de medición de acuerdo con su función en un proceso.
     • Ciegos
       • Cumplen una función de regulador en el proceso, pero no tienen indicación visible del valor de la variable. Ejemplos: termostatos, presostatos.
     • Indicadores
       • Indican directamente el valor de la variable de proceso. Disponen de un índice y una escala graduada o de un despliegue digital en los que puede leerse el valor de la variable. Ejemplos: Manómetros, termómetros.
     • Registradores
       • Registran con trazo continuo o punto a punto la variable, los gráficos pueden ser circulares o rectangulares. Son particularmente útiles en los casos en los que se requiera un registro histórico de la variable que se estudia en un determinado proceso.
     • Elementos primarios
       • Están en contacto directo con la variable de proceso que desea medir, con el fin de recibir algún efecto de este, y así, poder evaluar la variable en cuestión.
     • Sensor
       • Es un dispositivo que recibe una señal o estímulo y responde con una señal eléctrica. Ejemplos: sensor piezoeléctrico, termopar
     • Transmisor
       • Estos elementos reciben la variable de proceso a través del elemento primario, y la transmiten a algún lugar remoto. Las señales que se usan para transmitir la información entre los instrumentos de lazo de control son generalmente de dos tipos: neumáticas y eléctricas. Las señales neumáticas están entre 3 y 15 psi, equivalentes a 0.206 y 1.033 bar. Las señales eléctricas pueden ser de 4 a 20 mA, 10 a 50 mA, 1 a 5 V o 0 a 10 V. Ejemplo Transmisor electrónico.
     • Convertidores
       • Reciben una señal de entrada neumática (3 a15 psi) o electrónica (4 a 20 mA) procedente de un instrumento y después de modificarla, envían la señal en forma de una salida estándar. Ejemplo: Convertidor I/P
     • Receptores
       • Son los instrumentos que están instalados en el panel de control, como interfaces entre el proceso y el usuario. Reciben las señales de los transmisores o de un convertidor
     • Controladores
       • Son los encargados de ejercer la función de comparar lo que está sucediendo en el proceso, con lo que realmente se desea que suceda en él, para posteriormente, en base a la diferencia, envíe una señal al proceso, que tienda a corregir las desviaciones. Ejemplo: controlador PID
     • Actuador
       • Recibe la señal del controlador y modifica directamente la variable manipulada o agente de control. En el control neumático, el elemento suele ser una válvula neumática o un servomotor neumático, en el control electrónico, la válvula o el servomotor anteriores son accionados a través de un convertidor de intensidad a presión o señal digital a presión. En el control eléctrico puede ser una válvula motorizada accionada por un servomotor eléctrico.
     • Acondicionador de señales
       • Este elemento toma la salida del sensor y la convierte en una forma más adecuada para un procesamiento adicional, por lo general en una señal de frecuencia, corriente directa o de voltaje de CD
     • Procesador de señales

2. La Instrumentación como factor de aumento de calidad y eficiencia en la producción.

   • Un proceso es una parte fundamental de una planta de manufactura, en la cual, el material o la energía es convertida a otras formas de material o energía, ejemplos de estos serían: cambio en presión, temperatura, velocidad, potencial eléctrico, etc.
     • Los procesos pueden ser continuos o procesos lote por lote:
       • El Proceso es continuo, cuando el material es introducido y removido del proceso al mismo tiempo y el proceso una vez iniciado, no para, como son: las reacciones químicas, destilaciones, separaciones, etc.
       • En el proceso lote por lote el material se agrega a un contenedor; algún proceso se lleva a cabo; el producto es removido y se sigue una secuencia que puede parar o reiniciarse, como ejemplos son las bebidas alcohólicas, productos alimenticios, etc.
       • Las principales razones por las cuales se requiere del control de los procesos industriales son:
         • la seguridad
           • Seguridad de los procesos. En cuanto a la seguridad, se requiere preservar bajo cualquier condición la integridad del personal y el equipo involucrado en la operación de los procesos;
         • estabilidad
           • Estabilidad de los procesos, se requiere asegurar las condiciones de operación de los procesos a través del tiempo, para mantener en forma continua la calidad de los productos del proceso, dentro de los límites especificados;
         • optimización
           • Optimización de los procesos, se requiere asegurar la calidad y el máximo beneficio económico en la operación de los procesos.
         • protección al medio ambiente
           • Protección ambiental en la operación de los procesos, se hace necesario reducir a su mínima expresión el impacto ecológico de los efluentes del proceso, para cumplir con todas las normatividades aplicables.

3. Exactitud y precisión de los procesos

   • Medición es el proceso que consiste en obtener experimentalmente uno o varios valores que pueden atribuirse razonablemente a una magnitud.
     • Magnitud es el atributo de un fenómeno, cuerpo o sustancia que puede ser distinguido cualitativamente y determinado cuantitativamente. Ejemplos de magnitudes:
       • Básicas: Longitud, masa, tiempo
       • Derivadas: Velocidad, fuerza, calor
       • Particulares: Concentración de etanol, resistencia eléctrica de un cable, calorías que aporta un alimento.
   • Características metrológicas de los instrumentos, dispositivos o sistemas de medición
     • Rango y Span
       • Span. Diferencia algebraica entre los valores máximo y mínimo.
       • Rango. Región entre los límites en los cuáles una cantidad es medida, recibida o transmitida, expresada al establecer los valores de rango mínimos y máximos. • LRV (Valor de rango mínimo). El valor mínimo de la variable medida al que un dispositivo esta ajustado para medir. • URV (valor de rango máximo). El valor máximo de la variable medida al que un dispositivo esta ajustado para medir.

4. Lista de las características metrológicas de los instrumentos que afectan las mediciones:

   • exactitud de medida, exactitud, es la proximidad entre un valor medido y el valor verdadero de un mensurando
   • precisión de medida, precisión, es la proximidad entre las indicaciones o los valores medidos obtenidos en mediciones repetidas de un mismo objeto, o de objetos similares, bajo condiciones especificadas. Es habitual que la precisión de una medida se exprese numéricamente mediante medidas de dispersión tales como la desviación estándar, la varianza o el coeficiente de variación bajo las condiciones especificadas.
   • condición de repetibilidad de una medición, condición de repetibilidad, es la condición de medición, dentro de un conjunto de condiciones que incluye el mismo procedimiento de medida, los mismos operadores, el mismo método de medida, las mismas condiciones de operación y el mismo lugar, así como mediciones repetidas del mismo objeto o de un objeto similar en un periodo corto de tiempo.
   • repetibilidad de medida, repetibilidad, precisión de medida bajo un conjunto de condiciones de repetibilidad.
   • sensibilidad de un sistema de medida, sensibilidad, cociente entre la variación de una indicación de un sistema de medida y la variación correspondiente del valor de la magnitud medida.
   • estabilidad de un instrumento de medida, estabilidad, Aptitud de un instrumento de medida para conservar constantes sus características metrológicas a lo largo del tiempo.
   • La exactitud de la medición es la concordancia entre la media de los valores obtenidos experimentalmente y el valor de referencia. Es función de la repetibilidad y de la calibración del instrumento.
     • Repetibilidad y reproducibilidad
       • Linealidad
         • Histéresis
           • Error
             • Error de linealización
               • Errores de span y cero combinados
                 • El Error de linealidad
   • La precisión es el grado de concordancia entre los valores de una serie de determinaciones obtenidas de repetir la medición y se expresa como la desviación estándar relativa o el coeficiente de variación. La precisión es función de la repetibilidad y la reproducibilidad.
   • La resolución de un instrumento es el mínimo valor confiable que puede ser medido en ese instrumento.

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