Fundamentos de Medición

CONTROL DE PROCESOS E INSTRUMENTACIN

MSc. Javier Bastidas 1Ingeniera de Seguridad

P R O G R A M A1. INTRODUCCIN.

2. FUNDAMENTOS DE INSTRUMENTACIN. 3. ELEMENTOS DE MEDICIN

TEMPERATURA , PRESIN., 15/03NIVEL., FLUJO. 29/034. TRANSMISORES.

5. VLVULAS DE CONTROL. 05/046. ANALIZADORES 12/04

7. PLC.8. VALVULAS DE SEGURIDAD 26/04.

9. SIMBOLOGIA.



INTRODUCCIN



WF0, T0

Producto

Y

Vapor Condensado

QV , TVVapor

F1 , T1

Control Manual



WF0, T0

Producto

Y

Vapor Condensado

QV , TVVapor

F1 , T1

Control Automtico

T T T C

Unidad de Medicin

Unidad de Control

Elemento Final de Control

El Proceso



La palabra instrumentacin es ampliamente definida como para incluir cualquier herramienta u otro dispositivo que sea til en lograr un objetivo, los instrumentos son frecuentemente definidos ms all del campo en que ellos sirven musical, quirrgico, topogrfico, e instrumentos de navegacin, por mencionar algunos. Para este campo, un instrumento es un dispositivo sensor, medidor, transmisor, o controlador asociado con un proceso o sistema. Por tanto instrumentacin debe significar cualquier arreglo de instrumentos para medir, indicar, registrar o controlar las magnitudes de las variables que pueden existir en un proceso.

DEFINICIN DE INSTRUMENTACIN



Otra definicin puede darse como la rama de la Ingeniera que se encarga de mantener el equilibrio de un proceso a travs de la aplicacin de instrumentos.

DEFINICIN DE INSTRUMENTACIN



LA NECESIDAD DE MEDICIN Y CONTROL



UNIDADES DE MEDICIN

Magnitud y Smbolo

Dimensin (Relacin con

otras cantidades)

Ingls o convencional

y smbolo

Internacional y smbolo

Longitud (L) Fundamental Pie (ft) Metro (m)Masa (M) Fundamental Libra (lb) KilogramoTiempo (t) Fundamental Segundo (seg) Segundo (seg)Temperatura (T)

Fundamental Fahrenheit (F)

Celsius (C)

Corriente Elctrica (I)

Fundamental Amperio (A) Amperio (A)



UNIDADES DE MEDICIN

Magnitud y Smbolo

Dimensin (Relacin con

otras cantidades)

Ingls o convencional y

smbolo


Aceleracin (a) L/t2 Pie por segundo cuadrado (ft/seg2)

Metro por segundo cuadrado (m/seg2)

Area (A) L2 Pie cuadrado (ft2) Metro cuadrado (m2)

Densidad () M/L3 Libra por pie cbico (lb/ft3)

Kilogramo por metro cbico (kg/m3)

Energa (E), Trabajo (W), Calor (Q)

ML2/t2 Pie por libra fuerza (ft-lbf)

Joule (J)



UNIDADES DE MEDICIN

Magnitud y Smbolo Dimensin (Relacin con

otras cantidades)

Ingls o convencional y

smbolo


Energa (E), Trabajo (W), Calor (Q)

ML2/t2 Pie por libra fuerza (ft-lbf)

Joule (J)

Fuerza (F) ML/t2 Libra fuerza (lbf) Newton (N)Frecuencia (f) 1/t Hertz (Hz) Hertz (Hz)Potencia (P) ML/t3 Vatios (W), caballos

de potencia (hp)Vatios (W)

Presin (p) M/(Lt2) Libra fuerza por pulgada cuadrada (psi)

Pascal (Pa)

Velocidad (v) L/t Pie por segundo (ft/seg)

Metros por segundo (m/seg)

Volumen (V) L3 Pie cbicos (ft3) Metros cbicos (m3)



Segn la fuente de energa utilizada.

Instrumentos Neumticos:Instrumentos Elctricos o

Electrnicos:Instrumentos Hidrulicos:

CLASIFICACIN DE LOS INSTRUMENTOS



Segn la funcin que realizan

Ciegos:


Interruptor de Dispersin Trmica

Transmisor de Nivel Laser





Indicadores:




Registradores:


Registrador videogrfico sin papel, con pantallatactil

Registrador deGrfica de bandapor inyeccin deTinta

Registrador de flujo, decarta circular de 10", contotalizacin




Elementos primarios:





Transmisores:





Convertidores:





Controladores:






Elemento final de control:



Segn la variable de proceso.De acuerdo con la variable de proceso, los

instrumentos se dividen:9 Instrumentos de Presin.

9 Instrumentos de Temperatura.9 Instrumentos de Nivel.9 Instrumentos de Caudal.9 Instrumentos de pH.

9 Instrumentos de Velocidad.9 Instrumentos de Humedad.9 Instrumentos de Posicin, etc.



El buen funcionamiento de un sistema de control depende del sistema de medicin.

Algunas de las variables utilizadas en control de procesos son: Presin, temperatura, flujo, nivel, pH, densidad, conductividad, fuerza, velocidad, etc.

SEAL Y CAMPO DE MEDIDA



Variable Medida.Es una cantidad fsica, propiedad o condicin que estsiendo medida.Ej. Temperatura, flujo, presin.

Seal Medida.Variable elctrica, mecnica, neumtica, aplicada a Iaentrada de un equipo. Ej. Voltaje de un termopar, p en una placa de orificio.

Seal de Entrada.Una seal aplicada a un dispositivo o sistema.

Seal de SalidaUna seal entregada por un dispositivo o sistema.




Rango (Campo de Medida).Es el conjunto de valores de la variable medida comprendidos dentro de los lmites superior e inferior de la capacidad de medida o de transmisin de un Instrumento.Ejemplo: Un termmetro calibrado entre 100C y 200C, tiene un Rango de 100C a 200C.




Amplitud (Span)Es la diferencia algebraica entre los valores o lmites superior e inferior del rango de un instrumento. La amplitud para el ejemplo anterior es de 100C.




Rango con Elevacin de CeroEs aquel rango en el cual el valor cero de la variable o seal medida es mayor que el valor Inferior del rango.

I I I-25 0 50

Rango con Supresin de Cero.Es aquel rango en el cual el valor cero de la variable o seal medida es menor que el valor inferior del rango.

I I20 100




Exactitud (Accuracy).La exactitud de un instrumento es indicada por la mxima desviacin de su lectura con respecto a un valor conocido.

CARACTERSTICAS ESTTICAS

Nmero de Mediciones1 52 3 4 6 7 8 9

ValorVerdadero

B

A

|A| < |B|Exactitud = B



Exactitud (Accuracy).

Puede expresarse en varias formas: Como un tanto por ciento del alcance: 0.1% En unidades de la variable medida: 1F Como un tanto por ciento del valor mximo del

Rango.




Error Esttico.Es la diferencia algebraica entre el valor indicado por el instrumento y el valor real de la seal medida.

RepetibilidadEs el grado de igualdad con que un valor dado puede ser repetidamente medido.




DesviacinSeparacin gradual del valor medido con respecto al valor calibrado. Generalmente ocurre despus de un largo intervalo de tiempo.Ejemplo: Termopares (contaminacin do los metales)Placas de Orificio (erosin).




SensibilidadEs la razn entre el incremento de la

lectura y el incremento de la variable que lo ocasiona, despus de haber alcanzado el estado de reposo. Viene dada en tanto por ciento del alcance de la medida.




Banda Muerta.El rango a travs del cual an con cambios en la entrada no se produce un cambio en la salida

Histresis.Es la mxima diferencia en la respuesta de un instrumento frente a una misma entrada cuando el recorrido se hace en ambos sentidos de la escala.




Velocidad de Respuesta.Es la rapidez con que un instrumento responde a cambios en Ia cantidad medida.

Fidelidad.Es el grado de igualdad con el cual un instrumento indica los cambios de la variable medida sin error dinmico.

Error Dinmico.Es la diferencia algebraica entre el valor indicado por el instrumento y una variable que cambia con el tiempo, si se asume que no existe error esttico.

CARACTERSTICAS DINMICAS



Amortiguamiento.Reduccin progresiva de las oscilaciones de un sistema.

CARACTERSTICAS DINMICAS

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

Tiempo (seg)

A

m

p

l

i

t

u

d

FA



Seal Analgica.Presenta infinitos valores comprendidos dentro del rango del instrumento.Ejemplo: 4-20 mA, 3-15 psig.

ADQUISICIN Y TRANSMISIN DE DATOS



Seal Digital.Presenta finitos valores comprendidos dentro del rango del instrumento.Ejemplo: Una seal digital representada en una palabra de 4 bits

Seal Digital Binaria.Tiene nicamente dos valores.Ejemplo: 1-0, abierto-cerrado, ON-OFF, etc.




Seal Continua.Se caracteriza por su continuidad en el tiempo.

Seal discreta.Se caracteriza por su discontinuidad en el tiempo


Tiempo

V

a

r

i

a

b

l

e




Tiempo

V

a

r

i

a

b

l

e

A/D D/A

Computador para el control

PROCESO

Leer




Tiempo

V

a

r

i

a

b

l

e

A/D D/A


PROCESO

Leer

FiltrarGraficar

Guardar en Q

Calcular la salida m




Tiempo

V

a

r

i

a

b

l

e

A/D D/A


PROCESO

Leer

FiltrarGraficar

Guardar en Q

Calcular la salida mSacar m




Tiempo

V

a

r

i

a

b

l

e

A/D D/A


PROCESO

Leer




A/D D/A


PROCESO

Leer

Tiempo

V

a

r

i

a

b

l

e




A/D D/A


PROCESO

Tiempo

V

a

r

i

a

b

l

e



Transmisin Digital de Datos.Forma Paralela. Cada bit se deriva de una salida separada del circuito y se transmite por una lnea separada.


1 0 1 0 1 1 0 1

1

0

1

0

1

1

0

1



Transmisin Digital de Datos.Forma Serial. Se utiliza nicamente una lnea para la seal de salida, La lnea de salida transmite varios bits de uno en uno en forma secuencial, comenzando generalmente con el bit menos significativo.


1 0 1 0 1 1 0 1





1 0 1 0 1 1 0 1



La precisin de la conversin depende de la

cantidad de bits utilizados para representar el valor

analgico en el sistemas digital. Los valores ms

comunes son:

12 bits para la analgico-digital

8 bits para la digital-analgico

CONVERSIN ANALGICA - DIGITAL



Avance del Control de Proceso Digital

LAS COMPUTADORAS EN LOS SISTEMAS DE CONTROL

EvoluciEvolucin de los Computadoresn de los Computadores

EvoluciEvolucin de la Teorn de la Teora y Ta y Tcnicas de Controlcnicas de Control

EvoluciEvolucin de los Instrumentos del Lazon de los Instrumentos del Lazo



LAS COMPUTADORAS EN LOS SISTEMAS DE CONTROL

ElectrnicaInstrumen-

tacin

Lgica

ControlInformticode Procesos

Ing. de Procesos

Informtica

Control



TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL

Sistemas de control AnalSistemas de control Analgicogico

Sistemas de control DigitalSistemas de control Digital

D.A.QD.A.Q..

C.D.DC.D.D..

D.C.SD.C.S..

P.L.CP.L.C..

Pasivos

Activos




Sistemas de control AnalSistemas de control Analgicogico

INTERCAMBIADOR

TT

TC




Sistemas de AdquisiciSistemas de Adquisicin de Datosn de Datos

Computador de

Adquisicin de Datos Equipos de Indicacin y/o Almacenamiento

Interfase

Proceso

Presiones,Temperaturas,Flujos, Niveles, etc.




Sistemas de Digital DirectoSistemas de Digital Directo

A/D D/A


PROCESO




Sistemas de Control DistribuidoSistemas de Control Distribuido

Unidad de Adquisicin

de Datos

Red de Comunicacin Data

Highway

Indicacin Local

P r o c e s o

Unidad Central de Indicacin

del Operador

Unidad Central de Indicacin

del Operador

Computador de Propsito

General(Control)

Unidad Local de Control

Unidad de Secuencia

(PLC)

Unidad Local de Control

Indicacin Local



Software deAutomatizacin

PLC

Serial

Adquisicinde Datos

Proceso

Fieldbus

PC Workstations

Visin

Intranet Internet

Sistemas de Control DistribuidoSistemas de Control Distribuido



Se entiende por controlador lSe entiende por controlador lgico programable gico programable (PLC) o aut(PLC) o autmata programable, a toda mmata programable, a toda mquina quina electrelectrnica, disenica, diseada para controlar en tiempo real ada para controlar en tiempo real y en medio industrial procesos secuenciales. y en medio industrial procesos secuenciales. Su manejo y programaciSu manejo y programacin pueden ser realizada n pueden ser realizada por personal elpor personal elctrico o electrctrico o electrnico sin nico sin conocimientos informconocimientos informticos.ticos.Realiza funciones lRealiza funciones lgicas: serie, paralelos, gicas: serie, paralelos, temporizacionestemporizaciones, , contajescontajes y otras my otras ms potentes s potentes como ccomo clculos, regulaciones, etc.lculos, regulaciones, etc.

Sistemas de Control LSistemas de Control Lgico Programablegico Programable



Sistemas SCADASistemas SCADA

Las siglas SCADA son el acrLas siglas SCADA son el acrnimo de nimo de SUPERVISORY COTROL AND DATA SUPERVISORY COTROL AND DATA ACQUISITION, que traduce CONTROL ACQUISITION, que traduce CONTROL SUPERVISORIO Y ADQUISICION DE DATOS. SUPERVISORIO Y ADQUISICION DE DATOS. Este es un sistema de control y supervisiEste es un sistema de control y supervisin a n a distancia, que por lo general se aplica a procesos distancia, que por lo general se aplica a procesos distribuidos en un distribuidos en un rea frea fsica extensa y es en la cuales sica extensa y es en la cuales tiene mas significado y aplicacitiene mas significado y aplicacin.n.

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