CUAD INSTRUM COMPLETO .pdf - Profe Saul

SUBSECRETARÍA DE EDUCACIÓN SUPERIORDIRECCIÓN GENERAL DE EDUCACIÓNSUPERIOR TECNOLÓGICAINSTITUTO TECNOLÓGICO DE MAZATLÁNDEPTO. DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICAMATERIA:INSTRUMENTACIÓNCATEDRÁTICO:PROF. SERGIO SAÚL OSUNA PERAZA1

UNIDAD IVCONTROLADORES…………………………………………………………..2484.1.-APLICACIONES DE SISTEMAS DE LAZO ABIERTOY LAZO CERRADO……………………………………………………...2514.2.-MODOS DE CONTROL APLICADOS EN INSTRUMENTACIÓN….2524.2.1.- ON-OFF………………………………………………………………..2534.2.2.- PROPORCIONAL…………………………………………………….2564.2.3.-PROPORCIONAL + INTEGRAL…………………….……………….2614.2.4.- PROPORCIONAL + INTEGRAL + DERIVATIVO…………………2654.3.-CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE UN CONTROLADOR……2694.4.-SINTONIZACIÓN DE CONTROLES……………………….………….2714.5.- APLICACIONES DE CONTROLADORES…………………………...282UNIDAD VTÓPICOS DE CONTROL ASISTIDO POR COMPUTADORA………….2855.1.-ADQUISICIÓN DE DATOS………………...…………………………..2865.2.-CONTROL SUPERVISORIO REMOTO……………………………....2885.3.- CONTROL DIGITAL DIRECTO………………………………..……..2905.4.-INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL………………………………………2905.5.- CONTROL DISTRIBUIDO…………………………………………….2963

UNIDAD I1.1.- INTRODUCCIÓN A LA INSTRUMENTACIÓN Y NORMAS.Si analizamos nuestras actividades cotidianas, desde el momento que suena la alarmade un despertador y nos preparamos para desarrollar nuestras actividades diarias, asícomo encender un foco o escuchar el encendido o apagado del motor de la bomba,etc., nos auxiliaremos de instrumentos que nos ayudan a desarrollar ciertas actividadesoportunamente con eficiencia, rapidez, etc.Igual manera mecánicos, electricistas, médicos, ingenieros y arquitectos, se auxilian deinstrumentos para llevar a cabo sus actividades diarias, con el objetivo de lograr unavance con la mayor eficiencia, calidad y volumen de producción.Es lógico pensar que para las industrias, sin importar el tamaño de estas, esimprescindible el uso de instrumentos industriales, para facilitar la manufactura de susproductos.Como consecuencia de la globalización de los mercados internacionales, se ha orilladoa los países del tercer mundo a competir en el mercado con productos de calidad,precio y tiempos de entrega oportunos.Para lograr lo anterior es importante, que los industriales de nuestro país, implementenla instrumentación y la automatización de sus procesos con el avance tecnológicorequerido para mantenerse en el mercado nacional e internacional si es posible.¿QUE ES LA INSTRUMENTACION INDUSTRIAL?Es el conocimiento de la correcta aplicación de los equipos encaminados para apoyaral usuario en la medición, regulación, observación, transformación, ofrecer seguridad,etc., de una variable dada en un proceso productivo.Los instrumentos industriales pueden realizar las siguientes funciones:1. Sensar o captar una variable2. Acondicionar una variable dada3. Transmitir una variable4. Controlar una variable5. Indicar la magnitud de una variable6. Totalizar una variable7. Registrar una variable8. Convertir una variable9. Alarmar por magnitud una variable10. Interrumpir o permitir una secuencia dada11. Transmitir una señal12. Amplificar una señal13. Manipular una variable del proceso, etc.4

1.2.- DEFINICIONES Y CONCEPTOS.Los procesos industriales exigen el control de la fabricación de los diversos productosobtenidos. Los procesos son muy variados y abarcan muchos tipos de productos: lafabricación de los productos derivados del petróleo, de los productos alimenticios, de laindustria cerámica, de las centrales generadores de energía, de la siderurgia, de lostratamientos térmicos, de la industria papelera, de la industria textil, etc.En todos estos procesos es absolutamente necesario controlar y mantener constantesalgunas magnitudes, tales como la presión, el caudal, el nivel, la temperatura, el pH, laconductividad, la velocidad, la humedad, el punto de rocío, etcétera. Los instrumentosde medición y control permiten el mantenimiento y la regulación de estas constantes encondiciones más idóneas que las que el propio operador podría realizar.En los inicios de la era industrial, la operatoria de los procesos se llevaba a cabo conun control manual de estas variables utilizando sólo instrumentos simples,manómetros, termómetros, válvulas manuales, etc., control que era suficiente por larelativa simplicidad de los procesos. Sin embargo, la gradual complejidad con queéstos se han ido desarrollando ha exigido su automatización progresiva por medio delos instrumentos de medición y control. Estos instrumentos han ido liberando alpersonal de campo de su función de actuación física directa en la planta y al mismotiempo, le han permitido una labor única de supervisión y de vigilancia del procesodesde centros de control situados en el propio proceso o bien en salas aisladasseparadas; asimismo, gracias a los instrumentos ha sido posible fabricar productoscomplejos en condiciones estables de calidad y de características, condiciones que aloperario le serían imposibles o muy difíciles de conseguir, realizando exclusivamenteun control manual. Los procesos industriales a controlar pueden dividirse ampliamenteen dos categorías: procesos continuos y procesos discontinuos. En ambos tipos, debenmantenerse en general las variables (presión, caudal, nivel, temperatura, etc.), bien enun valor deseado fijo, bien en un valor variable con el tiempo de acuerdo con unarelación predeterminada, o bien guardando una relación determinada con otra variable.El sistema de control que permite este mantenimiento de las variables puede definirsecomo aquel que compara el valor de la variable o condición a controlar con un valordeseado y toma una acción de corrección de acuerdo con la desviación existente sinque el operario intervenga en absoluto.5

Figura 1.2b.- Bucle cerrado de regulaciónDEFINICIONES EN CONTROLLos instrumentos de control empleados en las industrias de proceso tales como química,petroquímica, alimenticia, metalúrgica, energética, textil, papel, etc., tienen su propiaterminología; los términos empleados definen las características propias de medida y decontrol y las estáticas y dinámicas de los diversos instrumentos utilizados:- Indicadores, registradores, controladores, transmisores y válvulas de control.La terminología empleada se ha unificado con el fin de que los fabricantes, los usuarios ylos organismos o entidades que intervienen directa o indirectamente en el campo de lainstrumentación industrial empleen el mismo lenguaje. Las definiciones de los términosempleados se relacionan con las sugerencias hechas por ANSI/ISA-S51.1-1979 (R 1993)aprobadas el 26 de mayo de 1995.Intervalo de medida (range)Espectro o conjunto de valores de la variable medida que están comprendidos dentro de loslímites superior e inferior de la capacidad de medida, de recepción o de transmisión delinstrumento. Viene expresado estableciendo los dos valores extremos. Ejemplo: Unmanómetro de intervalo de medida 0-10 bar, un transmisor de presión electrónico de 0-25bar con señal de salida 4-20 mA ó un instrumento de temperatura de 100-300 °C.Alcance (span)7

Es la diferencia algebraica entre los valores superior e inferior del campo de medida delinstrumento. En los ejemplos anteriores es de 10 bar para el manómetro, de 25 barpara el transmisor de presión y de 200 °C para el instrumento de temperatura.ErrorEl error de la medida es la desviación que presentan las medidas prácticas de unavariable de proceso con relación a las medidas teóricas o ideales, como resultado delas imperfecciones de los aparatos y de las variables parásitas que afectan al proceso.Es decir:Error = Valor leído en el instrumento - Valor ideal de la variable medidaEl error absoluto es:Error absoluto — Valor leído ~ Valor verdaderoEl error relativo representa la calidad de la medida y es:Error relativo=Error absolutoValor verdaderoSi el proceso está en condiciones de régimen permanente existe el llamado errorestático. En condiciones dinámicas el error varía considerablemente debido a que losinstrumentos tienen características comunes a los sistemas físicos: absorben energíadel proceso y esta transferencia requiere cierto tiempo para ser transmitida, lo cual dalugar a retardos en la lectura del aparato. Siempre que las condiciones sean dinámicas,existirá en mayor o menor grado el llamado error dinámico (diferencia entre el valorinstantáneo y el indicado por el instrumento): su valor depende del tipo de fluido delproceso, de su velocidad, del elemento primario (termopar, bulbo y capilar), de losmedios de protección (vaina), etc. El error medio del instrumento es la media aritméticade los errores en cada punto de la medida determinados para todos los valorescrecientes y decrecientes de la variable medida.Cuando una medición se realiza con la participación de varios instrumentos, colocadosunos a continuación de otros, el valor final de la medición estará constituido por loserrores inherentes a cada uno de los instrumentos.Exactitud (accuracy)La exactitud, es la cualidad de un instrumento de medida por la que tiende a dar lecturaspróximas al verdadero valor de la magnitud medida.En otras palabras, es el grado de conformidad de un valor indicado a un valor estándaraceptado o valor ideal, considerando este valor ideal como si fuera el verdadero.La exactitud (accuracy) define los límites de los errores cometidos cuando el instrumentose emplea en condiciones normales de servicio durante un período de tiempodeterminado (normalmente 1 año). La exactitud se da en términos de inexactitud, esdecir, un instrumento de temperatura de 0-100 °C con temperatura del proceso de 1008

°C y que marca 99,98 °C se aproxima al valor real en 0,02 °C, o sea tiene unainexactitud de 0,02 °C. Hay varias formas para expresar la exactitud:a) Tanto por ciento del alcance, campo de medida o range. Ejemplo: en el instrumento detemperatura de la figura 1.3, para una lectura de 150 °C y una exactitud de ± 0,5 %, elvalor real de la temperatura estará comprendido entre 150 ± 0,5 X 200/100 = 150 ± 1, esdecir, entre 149 y 151°C;Directamente, en unidades de la variable medida. Ejemplo: exactitud ± 1 °C;Tanto por ciento de la lectura efectuada. Ejemplo: exactitud de ± 1 % de 150 °C, es decir, ±1,5°C;Tanto por ciento del valor máximo del campo de medida. Ejemplo: exactitud de ± 0,5 % de300 °C = ± 1,5 °C;Tanto por ciento de la longitud de la escala. Ejemplo: si la longitud de la escala delinstrumento de la figura 1.3 es de 150 mm, la exactitud de ± 0,5 % representará ± 0,75mm en la escala.La exactitud varía en cada punto del campo de medida, si bien el fabricante la especifica,en todo el margen del instrumento, indicando a veces su valor en algunas zonas de laescala. Por ejemplo: un manómetro puede tener una exactitud de ± 1 % en toda la escala9

y de ± 0,5 % en la zona central. Cuando se desea obtener la máxima exactitud delinstrumento en un punto determinado de la escala, puede calibrarse únicamente para estepunto de trabajo, sin considerar los valores restantes del campo de medida.Por ejemplo: un termómetro de 0-150 °C y de ± 1 % de exactitud situado en un baño detemperatura constante a 80 °C, puede ser calibrado a este valor, de modo que suexactitud en este punto de trabajo será la máxima que se pueda obtener con untermómetro patrón. Es obvio que para los valores restantes, en particular loscorrespondientes a los extremos de la escala, la exactitud se apartará de ± 1 %.Hay que señalar que los valores de la exactitud de un instrumento se consideran engeneral establecidos para el usuario, es decir, son los proporcionados por los fabricantesde los instrumentos. Sin embargo, estos últimos suelen considerar también los valores decalibración en fábrica y de inspección. Por ejemplo, un instrumento que en fábrica tiene unaexactitud de calibración de + 0,8 %, en inspección le corresponde + 0,9 % y la dada alusuario es ± 1 %.Con ello se pretende tener un margen de seguridad para compensar los efectos de lasdiferencias de apreciación de las personas que efectúan la calibración, las diferentesprecisiones de los instrumentos de medida utilizados, las posibles alteraciones debidas aldesplazamiento del instrumento de un punto a otro, los efectos ambientales y deenvejecimiento, etc.PrecisiónLa precisión es la cualidad de un instrumento por la que tiende a dar lecturas muy próximasunas a otras, es decir, es el grado de dispersión de las mismas. Un instrumento puedetener una pobre exactitud, pero una gran precisión. Por ejemplo, un manómetro deintervalo de medida de 0 a 10 bar, puede tener un error de cero considerable marcando 2bar sin presión en el proceso y diversas lecturas de 7,049, 7,05, 7,051, 7,052 efectuadasa lo largo del tiempo y en las mismas condiciones de servicio, para una presión delproceso de 5 bar. Tendrá un error práctico de 2 bar, pero los-valores leídos estarán muypróximos entre sí con una muy pequeña dispersión máxima de 7,052 — 7,049 = 0,003, esdecir, el instrumento tendrá una gran precisión.Por lo tanto, los instrumentos de medida estarán diseñados por los fabricantes para quesean precisos, y como periódicamente se descalibran, deben reajustarse para que seanexactos. A señalar que el término precisión es sinónimo de repetibilidad.Zona muerta (dead zone o dead band)La zona muerta (dead zone o dead band) es el campo de valores de la variable que no hacevariar la indicación o la señal de salida del instrumento, es decir, que no produce surespuesta. Viene dada en tanto por ciento del alcance de la medida. Por ejemplo: en elinstrumento de la figura 1.3 es de ± 0,1 %, es decir: 0,1 x 200/100 = ± 0,2 °C.Sensibilidad (sensitivity)10

La sensibilidad (sensitivity) es la razón entre el incremento de la señal de salida o de lalectura y el incremento de la variable que lo ocasiona, después de haberse alcanzado elestado de reposo. Por ejemplo, si en un transmisor electrónico de0-10 bar, la presión pasa de 5 a 5,5 bar y la señal de salida de 11,9 a 12,3 mA , la sensibilidad esel cociente:(12,3 -11,9)/ ((20-4)________________ = ± 0,5 mA c.c/bar(5,5 - 5) / 10Viene dada en tanto por ciento del alcance de la medida. Si la sensibilidad delinstrumento de temperatura de la figura 1.3 es de + 0,05 %, su valor será de 0,05 x200/100 = ± 0,1 °C/°C.Hay que señalar que no debe confundirse la sensibilidad con el término de zona muerta;son definiciones básicamente distintas que antes era fácil contundir cuando la definicióninicial de la sensibilidad era "valor mínimo en que se ha de modificar la variable paraapreciar un cambio medible en el índice o en la pluma de registro de los instrumentos.Repetibilidad:Es la capacidad de reproducción de las posiciones de la pluma o del indice, o de laseñal de salida del instrumento, al medir repetidamente valores idénticos de la variableen las mismas condiciones de servicio y en el mismo sentido de variación, recorriendotodo el campo. La repetibilidad es sinónimo de precisión. A mayor repetibilidad menordispersión de los valores de salida para un valor de la señal de entrada del proceso y,por lo tanto, mayor precisión.Histéresis (hysteresis)La histéresis (hysteresis) es la diferencia máxima que se observa en los valores indicados por elíndice o la pluma del instrumento o la señal de salida para el mismo valor cualquiera del campo demedida, cuando la variable recorre toda la escala en los dos sentidos, ascendente ydescendente.Se expresa en tanto por ciento del alcance de la medida. Por ejemplo: si en un termómetro de 0-100%, para el valor de la variable de 40 °C, la aguja marca 39,9 al subir la temperatura desde 0, e indica40,1 al bajar la temperatura desde 100 °C, el valor de la histéresis es de:40,1-39,9— -------- . 100 = ± 0,2%100-0En la figura 1.3 c pueden verse las curvas de histéresis que están dibujadas exageradamente paraapreciar bien su forma. Hay que señalar que el término zona muerta está incluido dentro de lahistéresis.11

OTROS TÉRMINOSEmpleados en las especificaciones de los instrumentos son los siguientes:Campo de medida con elevación de ceroEs aquel campo de medida en el que el valor cero de la variable o señal medida es mayorque el valor inferior del campo. Por ejemplo, -10 °C a 30 °C.Campo de medida con supresión de ceroEs aquel campo de medida en el que el valor cero de la variable o señal medida es menorque el valor inferior del campo. Por ejemplo, 20 °C a 60 °C.Elevación de ceroEs la cantidad con que el valor cero de la variable supera el valor inferior del campo. Puedeexpresarse en unidades de la variable medida o en % del alcance. Por ejemplo, 10 °C en elcampo —10 °C a 30 °C del instrumento, o sea: (10/40) X 100 = 25 %.Supresión de ceroEs la cantidad con que el valor inferior del campo supera el valor cero de la variable.Puede expresarse en unidades de la variable medida o en % del alcance. Por ejemplo, 20°C en el campo 20 °C a 60 °C del instrumento, o sea (20/40) X 100 = 50 %.DerivaEs una variación en la señal de salida que se presenta en un período de tiempodeterminado mientras se mantienen constantes la variable medida y todas las condicionesambientales. Se suelen considerar la deriva de cero (variación en la señal de salida para elvalor 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 latemperatura). La deriva está expresada usualmente en porcentaje de la señal de salidade la escala total a la temperatura ambiente, por unidad, o por intervalo de variación de latemperatura. Por ejemplo, la deriva térmica de cero de un instrumento en condiciones detemperatura ambiente durante 1 mes fue de 0,2 % del alcance.Fiabilidad {Reliability)Medida de la probabilidad de que un instrumento continúe comportándose dentro delímites especificados de error a lo largo de un tiempo determinado y bajo condicionesespecificadas.ResoluciónMagnitud de los cambios en escalón de la señal de salida (expresados en tanto porciento de la salida de toda la escala) al ir variando continuamente la medida en todoel campo. Es también el grado con que el instrumento puede discriminar valoresequivalentes de una cantidad, o la menor diferencia de valor que el aparato puededistinguir.Resolución infinitaCapacidad de proporcionar una señal de salida progresiva y continua en todo el campode trabajo del instrumento.Trazabilidad (Traceability)Propiedad del resultado de las mediciones efectuadas con un instrumento o con unpatrón, tal que puede relacionarse con patrones nacionales o internacionales,mediante una cadena ininterrumpida de comparaciones, con todas las incertidumbresdeterminadas.RuidoCualquier perturbación eléctrica o señal accidental no deseadas que modifica latransmisión, indicación o registro de los datos deseados. Un caso especial es lainterferencia de radiotransmisores RFI (Radio Frequency Interferente). Puedeexpresarse en unidades de la señal de salida o en tanto por ciento del alcance.LinealidadLa aproximación de una curva de calibración a una línea recta especificada.Linealidad basada en puntos12

Falta de linealidad expresada en forma de desviación máxima con relación a una línearecta que pasa a través de los puntos dados correspondientes al cero y al 100 % de lavariable medida.Temperatura de servicioCampo de temperaturas en el cual se espera que trabaje el instrumento dentro delímites de error especificados.Vida útil de servicioTiempo mínimo especificado durante el cual se aplican las características de serviciocontinuo e intermitente del instrumento sin que se presenten cambios en sucomportamiento más allá de tolerancias especificadas.Reproductibilidad (Reproducibility)Capacidad de reproducción de un instrumento de las medidas repetitivas de la lectura oseñal de salida para el mismo valor de la variable medida alcanzado en ambossentidos, en las mismas condiciones de servicio y a lo largo de un período de tiempodeterminado. Por ejemplo, un valor representativo sería ± 0,2 % del alcance de la lectura oseñal de salida a lo largo de un período de 30 días.Respuesta frecuenciálVariación con la frecuencia de la relación de amplitudes señal de salida/variable medida(y de la diferencia de fases entre la salida y la variable medida) para una medida devariación senoidal aplicada a un instrumento dentro de un campo establecido defrecuencias de la variable medida. Se especifica usual-mente corno "dentro de ± ... %de ... a ... Hz".AccesibleEste término se aplica a un dispositivo o función que puedeser usado o visto por un operador con el propósito decontrolar el desempeño de las acciones de control; comoejemplo: cambios en el set-point, transferencia auto-manualo acciones de encendido y apagado.AlarmaEs un dispositivo o función que detecta la presencia de unacondición anormal por medio de una señal audible o uncambio visible discreto, o puede tratarse de ambas señalesal mismo tiempo, las cuales tienen el fin de atraer laatención.AsignableEste termino se aplica a una característica que permite elcambio (o dirección) de una señal de un dispositivo a otrosin la necesidad de la activación de un switch o algún otroelemento.Estación auto-manualTérmino empleado como sinónimo de estación de control.BalónSe emplea como sinónimo de burbuja.13

Detrás del panelEste término se refiere a la posición de un instrumento, elcual ha sido montado en un panel de control, pero no esnormalmente accesible al operador.BinarioTérmino aplicado a una señal o dispositivo que tiene solodos posiciones o estados discretos. Cuando es usado en suforma más simple, como en “señal binaria” (lo que esopuesto a señal analógica), el término denota un estado de“encendido-apagado” o de “alto-bajo”.BoardTérmino en inglés el cual se interpreta como sinónimo depanel.BurbujaSímbolo circular usado para denotar e identificar elpropósito de un instrumento o función. Puede contener unaetiqueta con un número. Es también un sinónimo de balón.Dispositivocomputable o decómputoDispositivo o función que emplea uno o más cálculos uoperaciones lógicas, o ambas, y transmite uno o másresultados a las señales de salida.ConfigurableTérmino aplicado a un dispositivo o sistema cuyascaracterísticas funcionales pueden ser seleccionadas através de un programa o de otros métodos.ControladorDispositivo con una salida que variá para regular unavariable de control de una manera específica. Uncontrolador manual varía su salida automáticamente enrespuesta a una entrada directa o indirecta de un procesovariable. Un controlador manual es una estación manual decarga y su salida no depende de una medida de un procesovariable pero puede variarse solamente por medio de unprocedimiento manual.Estación de controlUna estación de carga manual que también proporciona uncontrol en el cambio de manual a automático de los modosde control dentro de lazo de control, a ésta también se leconoce como estación auto-manual.Válvula de controlEs un dispositivo, el más comúnmente usado, que actúamanualmente o por sí mismo, que directamente manipula elflujo de uno o más procesos.14

ConvertidorEs un dispositivo que recibe información en determinadamanera de un instrumento y transmite una señal de salidaen otra forma.Un convertidor es también conocido como transductor, decualquier forma, transductor es un término general, y suuso para conversión de señales no es recomendado.DigitalTérmino aplicado a una señal o dispositivo que usa dígitosbinarios para representar valores continuos o estadosdiscretos.Sistemas de controldistribuidosSistema el cual, mientras es funcionalmente integrado,consiste de subsistemas los cuales pueden ser físicamenteseparados y colocarse de una forma remota unos de otros.Elemento final decontrolDispositivo que controla directamente los valores de lavariable manipulada en un lazo de control. Generalmenteel elemento final de control es una válvula de control.FunciónPropósito que debe cumplir un dispositivo de control.IdentificaciónSecuencia de letras o dígitos, o ambos, usados paraseñalar un instrumento en particular o un lazo.InstrumentaciónColección de instrumentos o sus aplicaciones con el fin deobservar mediciones, control, o cualquier combinación deestos.LocalEs la localización de un instrumento que no esta ni dentroni sobre un panel o consola, ni esta montado en un cuartode control. Los instrumentos locales están comúnmente enel ámbito de un elemento primario o un elemento decontrol, la palabra “campo” es un sinónimo muy usado conlocal.15

Panel localQue no esta en un panel central, los paneles locales estáncomúnmente en el ámbito de subsistemas de plantas osub-áreas. El término instrumento local de panel no puedeser confundido con instrumento local.LazoCombinación de uno o más instrumentos o funciones decontrol que señalan el paso de uno a otro con el propósitode medir y/o controlar las variables de un proceso.Estación manual decargaDispositivo o función que tiene un ajuste de salida manualque es usado con un actuador o como más dispositivos. Laestación no proporciona un cambio entre un modo decontrol automático o manual de un lazo de control. Laestación puede tener indicadores integrados, luces u otrascaracterísticas. Esto es normalmente conocido comoestación manual o cargador manual.MedidaDeterminación de la existencia o magnitud de una variable.MonitorTérmino general para un instrumento o sistema deinstrumentos usados para la medición o conocer lamagnitud de una o más variables con el propósito deemplear la información en determinado momento. Eltérmino monitor no es muy específico, algunas vecessignifica analizador, indicador, o alarma.Luz del monitorSinónimo de luz piloto.PanelEstructura que tiene un grupo de instrumentos montadossobre ella. El panel puede consistir de una o variassecciones, cubículos, consolas o escritorios.Montado en panelTérmino aplicado a un instrumento que esta montado sobreun panel o consola y es accesible para un operador en usonormal.Luz pilotoEs una luz que indica cual número o condiciones normalesde un sistema o dispositivo existe. Una luz piloto estambién conocida como una luz monitor o de monitor.16

Elemento primarioSinónimo de sensor.ProcesoEs cualquier operación o secuencia de operaciones queinvolucren un cambio de energía, estado, composición,dimensión, u otras propiedades que pueden referirse a undato.Variable de proceso Cualquier propiedad variable de un proceso. El términovariable de proceso es usado en como un standard para laaplicación a todas las variables.ProgramaSecuencia respetable de acciones que definen el nivel delas salidas como una compostura de las relaciones alestablecimiento de las entradas.ControladorprogramablelógicoUn controlador, usualmente con entradas y salidasmúltiples que contiene un programa alterable, es llamadode esta manera o comúnmente conocida como PLC.RelayDispositivo cuya función es pasar información sin alterarla osolo modificarla en determinada forma. Relay escomúnmente usado para referirse a dispositivos decómputo.SensorParte de un lazo o un instrumento que primero detecta elvalor de una variable de proceso y que asume unacorrespondencia, predeterminación, y estado inteligible osalida. El sensor puede ser integrado o separado de unelemento funcional o de un lazo. Al sensor también se leconoce como detector o elemento primario.Set pointEl set point o punto de referencia puede ser establecidomanualmente, automáticamente o programado. Su valor seexpresa en las mismas unidades que la variable controlada.Switch Dispositivo que conecta, desconecta, selecciona, otransfiere uno o más circuitos y no esta diseñado como uncontrolador, un relay o una válvula de control.Punto de pruebaProceso de una conexión el cual no esta permanentementeconectado, su conexión es solamente temporal ointermitente a un instrumento.17

TransductorTérmino general para un dispositivo que recibe informaciónen forma de uno o más cuantificadores físicos,modificadores de información y/o su forma si requiere, yproduce una señal de salida resultante. Dependiendo de laaplicación un transductor puede ser un elemento primario,un transmisor un relay, un convertidor u otro dispositivo.Porque el término transductor no es específico, su uso paraaplicaciones específicas no es recomendado.TransmisorDispositivo que detecta la variable de un proceso a travésde un sensor y tiene una salida la cual varía su valorsolamente como una función predeterminada de la variabledel proceso. El sensor puede estar o no integrado altransmisor.RESUMENINSTRUMENTACION INDUSTRIAL - DEFINICIÓN DE INSTRUMENTACIÓNInstrumentación: es el grupo de elementos que sirven para medir, controlar o registrarvariables de un proceso con el fin de optimizar los recursos utilizados en éste.El instrumento más conocido y utilizado es el reloj, el cuál nos sirve para controlar eluso eficaz de nuestro tiempo.En otras palabras, la instrumentación es la ventana a la realidad de lo que estasucediendo en determinado proceso, lo cual servirá para determinar si el mismo vaencaminado hacia donde deseamos, y de no ser así, podremos usar la instrumentaciónpara actuar sobre algunos parámetros del sistema y proceder de forma correctiva.La instrumentación es lo que ha permitido el gran avance tecnológico de la cienciaactual en casos tales como: los viajes espaciales, la automatización de los procesosindustriales y mucho otros de los aspectos de nuestro mundo moderno; ya que laautomatización es solo posible a través de elementos que puedan sensar lo quesucede en el ambiente, para luego tomar una acción de control pre-programada queactué sobre el sistema para obtener el resultado previsto.CARACTERÍSTICA DE LOS INSTRUMENTOS18

De acuerdo con las normas SAMA (Scientific Apparatus Makers 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 loscuales el instrumento es capaz de trabajar en forma confiable. Por ejemplo, untermómetro de mercurio con rango de 0 a 50 grados celsiusALCANCE (SPAN)Es la diferencia entre el valor superior e inferior del campo de medida. Para el caso deltermómetro del ejemplo, el SPAN será de 50 grados celsius.ERROREs la diferencia que existiría entre el valor que el instrumento indique que tenga lavariable de proceso y el valor que realmente tenga esta variable en ese momento.PRECISIÓNEsto es la tolerancia mínima de medida que permitirá indicar, registrar o controlar elinstrumento. En otras palabras, es la mínima división de escala de un instrumentoindicador. Generalmente esta se expresa en porcentaje (%) del SPAN.ZONA MUERTA (DEAD BAND)Es el máximo campo de variación de la variable en el proceso real, para el cual elinstrumento no registra ninguna variación en su indicación, registro o control.SENSIBILIDADEs la relación entre la variación de la lectura del instrumento y el cambio en el procesoque causa este efecto.REPETIBILIDADEs la capacidad de un instrumento de repetir el valor de una medición, de un mismovalor de la variable real en una única dirección de medición.HISTERESISSimilar a la repetibilidad, pero en este caso el proceso de medición se efectuara enambas direccionesCAMPO DE MEDIDA CON SUPRESIÓN DE CERO19

Es aquel rango de un instrumento cuyo valor mínimo se encuentra por encima del ceroreal de la variableCAMPO DE MEDIDA CON ELEVACIÓN DE CEROEs aquel rango de un instrumento cuyo valor mínimo se encuentra por debajo de cerode las variablesCAMPO DE MEDIDA CON ELEVACIÓN DE CEROEs aquel rango de un instrumento cuyo valor mínimo se encuentra por debajo de cerode las variablesCLASIFICACIÓN DE LOS INSTRUMENTOSExisten dos formas de clasificar los instrumentos las cuales son:a.- De acuerdo a su función en el proceso.b.- De acuerdo a la variable de proceso que miden.Este modo de clasificarlos no es necesariamente el único, pero se considera bastantecompleto.º De acuerdo a su función estos serán:Instrumentos indicadores: son aquellos que como su nombre bien dice, indicandirectamente el valor de la variable de proceso. Ejemplos: manómetros,termómetros, etc.Instrumentos ciegos: son los que cumplen una función reguladora en el proceso,pero no muestran nada directamente. Ejemplos termostatos, presostatos, etc.Instrumentos registradores: en algunos casos podrá ser necesario un registrohistórico de la variable que se estudia en un determinado proceso. en este caso,se usaran instrumentos de este tipo. .Elementos primarios: algunos elementos entran en contacto directo con el fluidoo variable de proceso que se desea medir, con el fin de recibir algún efecto deeste (absorben energía del proceso), y por este medio pueden evaluar lavariable en cuestión. (placa orificio)Transmisores: estos elementos reciben la variable de proceso a través delelemento primario, y la transmiten a algún lugar remoto. Estos transmiten lasvariables de proceso en forma de señales proporcionales a esas variables.Transductores: son instrumentos fuera de línea (no en contacto con el proceso),que son capaces de realizar operaciones lógicas y/o matemáticas con señalesde uno o más transmisores.Convertidores: en ciertos casos, la señal de un transmisor para ser compatiblecon lo esperado por el receptor de esa señal, en ese caso se utilizara unelemento convertidor para lograr la ante mencionada compatibilidad de señal20

Receptores: son los instrumentos que generalmente son instalados en el panelde control, como interfase entre el proceso y el hombre. Estos reciben las señalde los transmisores o de un convertidor.Controladores: este es uno de los elementos más importante, ya que será elencargado de ejercer la función de comparar lo que esta sucediendo en elproceso, con lo que realmente se desea que suceda en él, para posteriormente,en base a la diferencia, envié una señal al proceso que tienda a corregir lasdesviaciones.Elemento final de control: será este elemento quien reciba la señal delcontrolador y quien estando en contacto directo con el proceso en línea, ejerzaun cambio en este, de tal forma que se cambien los parámetros hacia el valordeseado. Ejemplo: válvulas de control, compuertas, etc.De acuerdo a la variable de proceso que miden: Esta clasificación, como sunombre lo indica, se referirá a la variable de proceso que tratemos de medir. Enla actualidad, se pueden medir, casi sin excepción, todas las variables deproceso existentes, sin embargo, algunas se medirán de forma directa y otrasindirectamente.21

1.3.- SIMBOLOGIA, NORMAS Y SISTEMA DE UNIDADES.En instrumentación y control, se emplea un sistema especial de símbolos con elobjeto de transmitir de una forma más fácil y específica la información. Esto esindispensable en el diseño, selección, operación y mantenimiento de los sistemasde control.Un sistema de símbolos ha sido estandarizado por la ISA (Sociedad deInstrumentistas de América). La siguiente información es de la norma: ANSI/ISA-S5.1-1984(R 1992).Las necesidades de varios usuarios para sus procesos son diferentes. La normareconoce estas necesidades, proporcionando métodos de simbolismo alternativos.Se mantienen varios ejemplos agregando la información o simplificando elsimbolismo, según se desee.Los símbolos de equipo en el proceso no son parte de esta norma, pero se incluyenpara ilustrar aplicaciones de símbolos de la instrumentación.APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA.La norma es conveniente para el uso en la química, petróleo, generación de poder,aire acondicionado, refinando metales, y otros numerosos procesos industriales.Ciertos campos, como la astronomía, navegación, y medicina, usan instrumentosmuy especializados, diferentes a los instrumentos de procesos industrialesconvencionales. Se espera que la norma sea flexible, lo bastante para encontrarsemuchas de las necesidades de campos especiales.APLICACIÓN EN ACTIVIDADES DE TRABAJO.La norma es conveniente para usar siempre cualquier referencia de un instrumentoo de una función de sistema de control se requiere para los propósitos desimbolización e identificación. Pueden requerirse tales referencias para los usossiguientes, así como otros:Bocetos del planEjemplos instrucciónPapeles técnicos, literatura y discusionesDiagramas de sistemas de instrumentación, diagramas de vuelta,diagramas lógicosDescripciones funcionalesDiagramas de flujo: Procesos, Mecánicos, Ingeniería, Sistemas, que Conducepor tuberías (el Proceso) e instrumentación22

Dibujos de construcciónEspecificaciones, órdenes de compra, manifiestos, y otras listasIdentificación (etiquetando) de instrumentos y funciones de controlInstalación, operación e instrucciones de mantenimiento, dibujos, y archivosSe piensa que la norma proporciona la información suficiente para habilitar acualquiera de los documentos del proceso de medida y control (quién tiene unacantidad razonable de conocimiento del proceso) para entender los medios demedida y mando del proceso. El conocimiento detallado de un especialista en lainstrumentación no es un requisito previo a esta comprensión.APLICACIÓN A CLASES DE INTRUMENTACIÓN Y FUNCIÓNES DEINTRUMENTOS.El simbolismo y métodos de identificación proporcionados en esta norma sonaplicables a todas las clases de medida del proceso e instrumentación de control.Ellos no sólo son aplicables a la descripción discreta de instrumentos y susfunciones, pero también para describir las funciones análogas de sistemas que son"despliegue compartido," "control compartido", "control distribuido" y "control porcomputadora".Símbolos y Números de InstrumentaciónLa indicación de los símbolos de varios instrumentos o funciones han sidoaplicados en las típicas formas. El uso no implica que la designación oaplicaciones de los instrumentos o funciones estén restringidas en ninguna manera.Donde los símbolos alternativos son mostrados sin una preferencia, la secuenciarelativa de los números no implica una preferencia.La burbuja puede ser usada para etiquetar símbolos distintivos, tal como aquellospara válvulas de control. En estos casos la línea que esta conectando a la burbujacon el símbolo del instrumento esta dibujado muy cerca de él, pero no llega atocarlo. En otras situaciones la burbuja sirve para representar las propiedades delinstrumento.Un símbolo distintivo cuya relación con el lazo es simplemente aparentar que undiagrama no necesita ser etiquetado individualmente. Por ejemplo una placa conorificio o una válvula de control que es parte de un sistema más largo no necesitaser mostrado con un número de etiqueta en un diagrama. También, donde hay unelemento primario conectado a otro instrumento en un diagrama, hace uso de unsímbolo para representar que el elemento primario en un diagrama puede seropcional.Los tamaños de las etiquetas de las burbujas y de los símbolos de los misceláneosson los tamaños generalmente recomendados. Los tamaños óptimos puedenvariar dependiendo en donde o no es reducido el diagrama y dependiendo el23

número de caracteres seleccionados apropiadamente acompañados de otrossímbolos de otros equipos en un diagrama.Las líneas de señales pueden ser dibujadas en un diagrama enteramente odejando la parte apropiada de un símbolo en cualquier ángulo. La función de losdesignadores de bloque y los números de las etiquetas podrían ser siempremostrados con una orientación horizontal. Flechas direccionales podrían seragregadas a las líneas de las señales cuando se necesite aclarar la dirección delflujo para información. La aplicación de flechas direccionales facilita elentendimiento de un sistema dado.Eléctrico, neumático o cualquier otro suministro de energía para un instrumento nose espera que sea mostrado, pero es esencial para el entendimiento de lasoperaciones de los instrumentos en un lazo de control.En general, una línea de una señal representara la interconexión entre dosinstrumentos en un diagrama de flujo siempre a través de ellos. Pueden serconectados físicamente por más de una línea.La secuencia en cada uno de los instrumentos o funciones de un lazo estánconectados en un diagrama y pueden reflejar el funcionamiento lógico oinformación acerca del flujo, algunos de estos arreglos no necesariamentecorresponderán a la secuencia de la señal de conexión. Un lazo electrónicousando una señal analógica de voltaje requiere de un cableado paralelo, mientrasun lazo que usa señales de corriente analógica requiere de series de interconexión.El diagrama en ambos casos podría ser dibujado a través de todo el cableado, paramostrar la interrelación funcional claramente mientras se mantiene la presentaciónindependiente del tipo de instrumentación finalmente instalado.El grado de los detalles para ser aplicado a cada documento o sección del mismoesta enteramente en la discreción del usuario de la conexión. Los símbolos ydesignaciones en esta conexión pueden diseñarse para la aplicación en unhardware o en una función en específico. Los sketches y documentos técnicosusualmente contienen simbolismo simplificado e identificación. Los diagramas deflujo de un proceso usualmente son menos detallados que un diagrama de flujo deingeniería. Los diagramas de ingeniería pueden mostrar todos los componentes enlínea, pero pueden diferir de usuario a usuario en relación a los detalles mostrados.En ningún caso, la consistencia puede ser establecida para una aplicación. Lostérminos simplificado, conceptual, y detallado aplicado a los diagramas donde seescoge la representación a través de la sección de un uso típico. Cada usuariodebe establecer el grado de detalle de los propósitos del documento específico odel documento generado.Es común en la práctica para los diagramas de flujo de ingeniería omitir lossímbolos de interconexión y los componentes de hardware que son realmentenecesarios para un sistema de trabajo, particularmente cuando la simbolizacióneléctrica interconecta sistemas.Un globo o círculo simboliza a un instrumento aislado o instrumento discreto, pareel caso donde el circulo esta dentro de un cuadrado, simboliza un instrumento que24

comparte un display o un control. Los hexágonos se usan para designar funcionesde computadora. Para terminar el los controles lógicos programables PLC's sesimbolizan con un rombo dentro de un cuadrado.InstrumentoDiscretoDisplayCompartido,ControlCompartidoFunción decomputadoraControl LógicoProgramableTabla 1Descripción de cómo los círculos indican la posición de losinstrumentos.Los símbolos también indican la posición en que están montados los instrumentos.Los símbolos con o sin líneas nos indican esta información. Las líneas son variadascomo son: una sola línea, doble línea o líneas punteadas.InstrumentoDiscreto oAisladoDisplaycompartido,Controlcompartido.Función deComputadoraMontado enTableroNormalmenteaccesible aloperadorMontado enCampoUbicaciónAuxiliar.Normalmenteaccesible aloperador.Control LógicoProgramableTabla 225

Las líneas punteadas indican que el instrumento esta mondado en la parte posteriordel panel el cual no es accesible al operador.Instrumento DiscretoFunción deComputadoraControl LógicoProgramableTabla 3Numero de identificación de los instrumentos o números TAGCada instrumento o función para ser designada esta diseñada por un códigoalfanumérico o etiquetas con números. La parte de identificación del lazo delnúmero de etiqueta generalmente es común a todos los instrumentos o funcionesdel lazo. Un sufijo o prefijo puede ser agregado para completar la identificación. Acontinuación se presenta la tabla 4.NUMERO DE IDENTIFICACION TIPICO ( NUMERO TAG)TIC Identificación del instrumento o número de etiqueta103Identificación de lazoT 103Número de lazo103Identificación de funcionesTICPrimera letraTLetras SucesivasICNUMERO DE IDENTIFICACION EXPANDIDO10-PAH-5A Número de etiqueta10Prefijo opcionalASufijo opcionalNota: Los guiones son optativos como separadores.El número de lazo del instrumento puede incluir información codificada, tal como ladesignación del área de la planta que lo designe. Esto también es posible paraseries específicas de números para designar funciones especiales.Cada instrumento puede ser representado en diagramas por un símbolo. El símbolo26

puede ser acompañado por un número de etiqueta.IDENTIFICACIÓN FUNCIONAL.La identificación funcional de un instrumento o su equivalente funcional consiste deletras, las cuales incluyen una primera letra (designación de la medida o variableinicial) y una o más letras sucesivas (identificación de funciones).La identificación funcional de un instrumento esta hecha de acuerdo a su función yno a su construcción. Un registrador de diferencia de presión usado para medirflujo se identifica como FR; un indicador de presión y un switch actuado a presiónconectado a la salida de un transmisor de nivel neumático están identificados por LIy LS, respectivamente.En un lazo de instrumentos, la primera letra de una identificación funcional esseleccionada de acuerdo a la medida y a la variable inicial y no de acuerdo a lavariable manipulada. Una válvula de control varía el flujo de acuerdo a lodictaminado por un controlador de nivel, esto es una LV.La sucesión de letras en la identificación funcional designa una o más funcionespasivas y/o salidas de función. Una modificación de las letras puede ser usada, sise requiere, en adición a una o más letras sucesivas. Por ejemplo, TDAL contienedos modificadores. La variable medida D cambia a una nueva variable T, comodiferencia de temperatura. La letra L restringe la lectura de la función A, alarma,para representar solamente una alarma baja.La secuencia de identificación de las letras llega a ser con una primera letraseleccionada. Las letras de funciones pasivas o activas siguen cualquier orden, ylas letras de la salida funcional siguen a ésta en cualquier frecuencia, excepto quela salida de la letra C (control) precede la salida de la letra V (valve), por ejemplo:PCV (válvula controladora de presión).Un dispositivo de función múltiple puede ser simbolizado en un diagrama pormuchas burbujas como haya variables medidas, salidas y/o funciones. Uncontrolador de temperatura con un switch puede ser identificado por dos burbujasuna con la inscripción TIC-3 y una con la inscripción TSH-3. El instrumento podríaestar designado como TIC-3/TSH-3 para todos los usos y sus referencias.El número para las letras funcionales agrupadas en un instrumento puedenmantenerse con un mínimo de acuerdo al ajuste del usuario. El número total deletras contenidas en un grupo no pueden exceder de cuatro.27

Identificación de instrumentos44

IDENTIFICACIÓN DEL LAZO.La identificación del lazo consiste en la primera letra y un número. Cadainstrumento en un lazo tiene asignado a él el mismo número de lazo y, en caso deuna numeración paralela, la misma primera letra. Cada lazo de instrumentos tieneun único número de identificación de lazo. Un instrumento común a dos o máslazos podría cargar la identificación del lazo al cual se le considere predominante.La numeración de los lazos puede ser paralela o serial. La numeración paralelainvolucra el inicio de una secuencia numérica para cada primera letra nueva, porejemplo: TIC-100, FRC-100, LIC-100, AL-100, etc. La numeración serial involucrael uso de secuencias simples de números para proyectar amplias secciones. Unasecuencia de numeración de un lazo puede realizarse con uno o cualquier otronúmero conveniente, tal como 001, 301 o 1201. El número puede incorporarse alcódigo de operación; de cualquier manera su uso es recomendado.46

Si un lazo dado tiene más de un instrumento con el mismo identificador funcional,un sufijo puede ser añadido al número del lazo, por ejemplo: FV-2A, FV-2B, FV-2C, etc., o TE-25-1, TE-25-2, etc. Esto puede ser más conveniente o lógico en uninstante dado para designar un par de transmisores de flujo, por ejemplo, como FT-2 y FT-3 en vez de FT-2A y FT-2B. Los sufijos pueden ser asignados de acuerdo alos siguientes puntos:1) Se pueden usar sufijos tales como A, B, C, etc.2) Para un instrumento tal como un multipunto que registra los números porpuntos de identificación, el elemento primario puede ser numerado TE-25-1, TE-25-2, TE-25-3, etc., correspondiendo al punto de identificación del número.3) Las subdivisiones de un lazo pueden ser designadas serialmente alternadascon letras como sufijos y números.Un instrumento que desempeña dos o más funciones puede ser designado portodas sus funciones, por ejemplo un registrador de flujo FR-2 con una presión PR-4puede ser designada FR-2/PR-4. Y dos registradores de presión pueden ser PR-7/8, y una ventana como anunciador común para alarmas de altas y bajastemperaturas puede ser TAHL-21.Los accesorios de instrumentación tales como medidores de presión, equipo deaire, etc., que no están explícitamente mostrados en un diagrama, pero quenecesitan una designación para otros propósitos pueden ser etiquetadosindividualmente de acuerdo a sus funciones y podría usarse la misma identificacióndel lazo como estos sirven directamente al lazo. La aplicación de una designaciónno implica que el accesorio deba ser mostrado en el diagrama. Alternativamente losinstrumentos pueden ser usados con el mismo número de etiqueta con el cual hasido asociado el instrumento, pero aclarando las palabras agregadas.Las reglas para la identificación del lazo no necesitan ser aplicados a losinstrumentos y accesorios. Un usuario u operador puede identificar a estos porotros medios.47

Nomenclatura de InstrumentosLa siguiente tabla muestra las diferentes letras que se utilizan para clasificar losdiferentes tipos de instrumentos.Variable medida(3)1° Letra 2° LetraLetra de Modificación Función de lecturapasivaFunción de SalidaLetra de ModificaciónA. Análisis (4) AlarmaB. Llama (quemador) Libre (1) Libre (1) Libre (1)C. Conductividad ControlD. Densidad o Peso Diferencial (3)especificoE. Tensión (Fem.) Elemento PrimarioF. Caudal Relación (3)G. Calibre Vidrio (8)H. Manual Alto (6)(13)(14)I. Corriente Eléctrica Indicación o indicador(9)J. Potencia Exploración (6)K. Tiempo Estación de ControlL. Nivel Luz Piloto (10) Bajo (6)(13)(14)M. Humedad Medio o intermedio(6)(13)N. Libre(1) Libre Libre LibreO. Libre(1) OrificioP. Presión o vacío Punto de pruebaQ. Cantidad Integración (3)R. Radiactividad RegistroS. Velocidad o Seguridad (7)InterruptorfrecuenciaT. Temperatura Transmisión otransmisorU. Multivariable (5) Multifunción (11) Multifunción (11) Multifunción (11)V. Viscosidad VálvulaW. Peso o Fuerza VainaX. Sin clasificar (2) Sin clasificar Sin clasificar Sin clasificarY. Libre(1) Relé o compensador(12)Z. Posición Elemento final decontrol sin clasificarSin clasificar1. Para cubrir las designaciones no normalizadas que pueden emplearserepetidamente en un proyecto se han previsto letras libres. Estas letras puedentener un significado como primera letra y otro como letra sucesiva. Por ejemplo,la letra N puede representar como primera letra el modelo de elasticidad y comosucesiva un osciloscopio.48

2. La letra sin clasificar X, puede emplearse en las designaciones no indicadasque se utilizan solo una vez o un numero limitado de veces. Se recomienda quesu significado figura en el exterior del circulo de identificación del instrumento.Ejemplo XR-3 Registrador de Vibración.3. Cualquier letra primera se utiliza con las letras de modificación D (diferencial), F(relación) o Q (interpretación) o cualquier combinación de las mismas cambia susignificado para representar una nueva variable medida. Por ejemplo, losinstrumentos TDI y TI miden dos variables distintas, la temperatura diferencial yla temperatura, respectivamente.4. La letra A para análisis, abarca todos los análisis no indicados en la tablaanterior que no están cubiertos por una letra libre. Es conveniente definir el tipode análisis al lado del símbolo en el diagrama de proceso.5. El empleo de la letra U como multivariable en lugar de una combinación deprimera letra, es opcional.6. El empleo de los términos de modificaciones alto, medio, bajo, medio ointermedio y exploración, es preferible pero opcional.7. El termino seguridad, debe aplicarse solo a elementos primarios y a elementosfinales de control que protejan contra condiciones de emergencia (peligrosaspara el equipo o el personal). Por este motivo, una válvula autorreguladora depresión que regula la presión de salida de un sistema mediante el alivio oescape de fluido al exterior, debe se PCV, pero si esta misma válvula se empleacontra condiciones de emergencia, se designa PSV. La designación PSV seaplica a todas las válvulas proyectadas para proteger contra condiciones deemergencia de presión sin tener en cuenta las características de la válvula y laforma de trabajo la colocan en la categoría de válvula de seguridad, válvula dealivio o válvula de seguridad de alivio.8. La letra de función pasiva vidrio, se aplica a los instrumentos que proporcionauna visión directa no calibrada del proceso.9. La letra indicación se refiere a la lectura de una medida real de proceso, No seaplica a la escala de ajuste manual de la variable si no hay indicación de ésta.10. Una luz piloto que es parte de un bucle de control debe designarse por unaprimera letra seguida de la letra sucesiva I. Por ejemplo, una luz piloto queindica un periodo de tiempo terminado se designara KI. Sin embargo, si sedesea identificar una luz piloto fuera del bucle de control, la luz piloto puededesignarse en la misma forma o bien alternativamente por una letra única I. Porejemplo, una luz piloto de marcha de un motor eléctrico puede identificarse. EL,suponiendo que la variable medida adecuada es la tensión, o bien XL.Suponiendo que la luz es excitada por los contactos eléctricos auxiliares delarrancador del motor, o bien simplemente L.11. El empleo de la letra U como multifunción en lugar de una combinación de otrasletras es opcional.49

12. Se supone que las funciones asociadas con el uso de la letra sucesiva Y sedefinirán en el exterior del símbolo del instrumento cuando sea convenientehacerlo así.13. Los términos alto, bajo y medio o intermedio deben corresponder a valores dela variable medida, no a los de la señal a menos que se indique de otro modo.Por ejemplo, una alarma de nivel alto derivada de una señal de un transmisor denivel de acción inversa debe designarse LAH incluso aunque la alarma seaactuada cuando la señal cae a un valor bajo.14. Los términos alto y bajo, cuando se aplican a válvulas, o a otros dispositivos decierre apertura, se definen como sigue:Alto: indica que la válvula esta, o se aproxima a la posición de aperturacompleta.Bajo: Denota que se acerca o esta en la posición completamente cerrada.Símbolos de LíneasLa sismología de líneas representa la información única y critica de los diagramasde instrumentación y tuberías. Las líneas indican la forma en que se interconectanlos diferentes instrumentos así como las tuberías dentro de un lazo de control.Las líneas pueden indicar diferentes tipos de señales como son neumáticas,eléctricas, ópticas, señales digitales, ondas de radio etc.Conexión a proceso, enlace mecánico, oalimentación de instrumentos.Señal indefinidaóSeñal EléctricaE.U.InternacionalSeñal HidráulicaSeñal Neumática50

Señal electromagnética o sónica(guiada)Señal electromagnética o sónica (noguiada)Señal neumática binariaóSeñal eléctrica binariaTubo capilarEnlace de sistema interno (software oenlace de información)Enlace mecánicoSe sugieren las siguientes abreviaturas para representar el tipo de alimentación (obien de purga de fluidos):ASESGSHSNSSSWSAlimentación de aire.Alimentación eléctrica.Alimentación de gas.Alimentación hidráulica.Alimentación de nitrógeno.Alimentación de vapor.Alimentación de agua.Símbolos de Válvulas y ActuadoresVÁLVULASSímbolos para válvulas de control51

Globo,compuerasdata uotraÁnguloMariposaObturador rotativoo válvula de bolaTres víasCuatro víasGloboDiafragmaACTUADORESSímbolos para actuadores.Diafragma con muelle, posicionador yválvula piloto y válvula que presuriza eldiafragma alActuar.Diafragma con muellePreferidoOpcionalCilindro sin posicionador u otro pilotoMOTOR ROTATIVOSimple acciónDoble acción52

Preferido para cualquiercilindroActuador manualElectrohidráulicoSolenoidePara Válvula de alivioo de seguridadAcción del actuador en caso de fallo de aire (o de potencia)Abre en fallo a vía A-CAbre en falloCierra en falloAbre en fallo a vías A-C yD-BSe bloquea en falloPosición indeterminadaen falloDiagramas de lazos de instrumentaciónLos diagramas de instrumentación del proceso o diagramas de instrumentación ytuberías (P&ID's) son una buena fuente de información incluyendo todas lasvariables del proceso en el sistema como también la información de cada uno delos instrumentos en los lazos.53

Cuando se necesita una mas información especifica y detallada es necesarioutilizar otros tipos de diagramas como es un diagrama de lazo de instrumentación.El diagrama de lazo nos permite una mejor comprensión de cómo opera el lazo.Esta información nos permite identificar las conexiones entre los dispositivos, laacción de los componentes y las rutas de comunicación.El contenido del diagrama de lazo esta compuesto por la representación de lainformación del lazo de instrumentación. Este contiene toda la información de lasconexiones eléctricas y de tuberías asociadas. Todas las interconexiones de puntoa punto están identificados por medio de números o códigos de colores paraidentificar los conductores, multitubos neumáticos, y los tubos neumáticos ehidráulicos. Sumado a esto el diagrama nos puede indicar información de granayuda para identificar información especial como características especiales,funciones de apagado de seguridad y circuitos de seguridad. Suministros deenergía, fuentes de energía, suministro de aire, suministro de fluido hidráulico,tensión, presión o cualquier parámetro aplicable.Identificación del punto de ajuste (set-point) y del rango de operacióndel instrumento.Por medio del diagrama de lazo de instrumentación se puede identificar el punto deajuste y rango de operación de los instrumentos.Para la información acerca del rango de operación del instrumento se localizadentro de un rectángulo horizontal cerca del instrumento, al que se estahaciendo referencia, mientras que la información acerca del punto de ajuste o setpoint se muestra en un rombo ubicado cerca del controlador.54

Identificación e Interpretación del símbolo de acción de control.Otra importante información en el saber como responden los instrumentos. Laacción de control es mostrada por medio de una flecha apuntando hacia a arriba ohacia abajo. La flecha esta localizada cerca del símbolo del instrumento o abajo delrectángulo que contiene la información sobre el rango de operación delinstrumento.La flecha indicando hacia arriba indica que el al incrementarse el valor de la señalde entrada aumenta el valor de la salida también aumenta. Cuando la flecha apuntahacia abajo funciona de forma contraria, el valor de la salida disminuye mientras elvalor de entrada aumenta.Lazos ElectrónicosInterpretación de los lazos electrónicos por medio de los símbolosde instrumentaciónUna de las ventajas de los diagramas de lazo es el poder hacer un seguimientológico a través del lazo. Por lo regular el punto de inicio para leer un diagrama espor el lado izquierdo, el propósito es poder encontrar el elemento primario. Porejemplo el siguiente ejemplo se refiere a un lazo diseñado para la medición del flujopor medio de una placa de orificio.El transmisor etiquetado como FT-101 sensa y mide la diferencia de presióncausada por la restricción de la placa de orificio. El transmisor también produce unaseñal que representa esta caída, la cual es proporcional al flujo promedio.55

Los puntos de conexión del transmisor son terminales eléctricas. Los signospositivo y negativo indican la polaridad de las terminales. Este transmisor transmiteuna señal de 4 a 20 mA. La flecha apuntando hacia arriba nos indica que es uninstrumento que actúa directamente. El ovalo alrededor de las líneas de señalindica que esta blindada la señal para evitar interferencia eléctrica que puedaocasionar una lectura errónea en los indicadores.La señal del transmisor pasa a trabes de 3 cajas de conexión. Estas están ubicadasen el área del campo de proceso, en el área de campo de conexión y en la seccióndel panel trasero.Las cajas de conexión están mostradas en grupos de cuadros conectadosverticalmente, etiquetadas con JB y con un número de identificación en la partesuperior. EN este lazo las etiquetas de las cajas son JB300, JB400 y JB500. Losnúmeros dentro de los cuadros corresponden a los puntos de conexión. Las notasen el diagrama indican información específica el número de cable. Por ejemplo elcable 10 entra en JB400 y el cable 30 sale desde JB400.Utilizando la siguiente figura podemos observar que en el punto 22, el cable no. 1va desde ese punto hasta el punto de conexión 8 el cual es mostrado en la secciónfrontal del panel.56

En el punto 1 y 2 se puede observar que existe un suministro de energía eléctricaES (electrical supply) y a su vez se indica la tensión y frecuencia del suministro. Porultimo observando el rectángulo podemos decir que el controlador indicador de flujoFIC-101 convierte la señal eléctrica recibida a galones por minuto.Lazos NeumáticosLos diagramas de lazo están organizados de tal forma que puedan ser leídosindiferentemente de la fuente de suministro. Los diagramas lazos neumáticos sinsimilares a los lazos electrónicos. La mayoría si no es que todos utilizan el mismotipo de simbología. A continuación se muestra un ejemplo.Interpretación de los lazos neumáticos por medio de los símbolosde instrumentaciónLa información general se presenta en el titulo del dibujo mientras que las notasestán en la parte inferior. Como en los lazos electrónicos, la información se leegeneralmente de izquierda a derecha.57

En este caso el elemento primario del lazo es un orificio, este esta instalado en unatubería de 1 1/2 de pulgada. La identificación así como el radio están indicados enel dibujo. El material del proceso es agua. El transmisor, etiquetado como FT-301tiene dos terminales de conexión, etiquetadas como S para suministro y O para elpuerto de salida. El rango de operación del instrumento es de 0 a 100" H 2 O, lo cualesta indicado en el rectángulo horizontal cercano al instrumento. El suministro deaire es de 20 psig. La flecha apuntando hacia arriba nos indica que es untransmisor que actúa directamente, esto es, si aumenta la señal de salida, la señalde entrada también aumenta.La señal neumática del transmisor pasa a través de una caja de empalme que estamontada en campo (JB 100), del punto 1 continua a la caja JB-200 que esta situadaen la parte posterior del panel. Cabe señalar que las cajas de empalme o conexiónpara los lazos neumáticos son cuadrados unidos verticalmente tales como losusados en los lazos electrónicos.La notación de la línea de identificación adyacente al JB100, indica que la línea esun tubo del no.28. Esta línea en particular es designada como 28-1, que quieredecir que es el primer tubo de la línea 28. De JB200 va conectada a la parteposterior del panel, los tubos están conectados a los cuadros correspondientes alextractor etiquetado como FY-301. Este ultimo tiene un suministro de aire.58

De el extractor FY-301 la señal tiene dos ramificaciones, Es necesario seguir estasdos hasta llegar a la señal de línea principal. La primer ramificación se conecta a laentrada de un registrados etiquetado como FR-301. La segunda se controla a laentrada de un controlador designado como FIC-301. Este tiene un punto de ajustede 80 gpm que es visto en el rombo cerca del controlador mientras que la flechaapuntando hacia abajo indica que actúa inversamente. En el rectángulo horizontalse muestra el rango de operación que es de 0 a 100 gpm. La salida del controladores representada como 28-2. Los dos instrumentos tanto el registrador como elcontrolador tienen un suministro de aire de 20 psig.Utilizando como referencia la figura inicial de los lazos neumáticos, se puedeobservar que la salida del controlador va conectada al elemento final el cual es unaválvula actuador con diafragma. Cuando el elemento final recibe una señal delcontrolador, la válvula ajusta el flujo para mantener el valor del punto de ajuste.59

1.4.- NORMA SAMA.El método SAMA (Scientific, Aparatus Makers Association) de diagramasfuncionales que emplean para las funciones block y las designaciones defunciones. Para ayudar en procesos industriales donde la simbología binaria esextremadamente útil aparecen nuevos símbolos binarios en líneas.PropósitosEl propósito de esta norma es establecer un medio uniforme de designación losinstrumentos y los sistemas de la instrumentación usados para la medición ycontrol.Con este fin, el sistema de designación incluye los símbolos y presenta un códigode identificación.Visión GeneralGeneralidadesEn todo proceso trabajan diferentes usuarios o especialidades. La estandarizacióndebe reconocer esta realidad y además ser consistente con losobjetivos del estándar, por lo tanto debe entregar métodos para una simbologíaalternativa.Se entregan una serie de ejemplos como información adicional o simplificacionespara una determinada simbología según se desee.La simbología de los equipos de los procesos, no es el motivo de este apunte, porlo tanto al incluirse se hará, en razón de ilustrar aplicaciones de símbolos, deinstrumentación.Aplicaciones IndustrialesLa estandarización de la instrumentación es importante para diversas industriascomo:Industria PetroleraAire AcondicionadoRefinadoras de MetalesOtros procesos industriales.Existen otros campos con instrumentos muy especializados y diferentes a laindustria convencional como:60

aNingún esfuerzo especifico se ha hecho para establecer una norma que reúna lorequerimientos de estas actividades, sin embargo se espera que la norma sea losuficientemente flexible como para abarcar áreas muy especializadas.Aplicaciones en ProcesosEl estándar es recomendable emplearlo cada vez que se requiera cualquierreferencia para un instrumento o para una función de control de un sistema con lospropósitos de identificación y simbolizacións para enseñanzaen procesos.diagramas de lazosDiagramas de flujo en: Procesos, Sistemas, Elementos mecánicos, tuberías deprocesos e instrumentaciónDibujos de ConstrucciónEspecificaciones, ordenes de compra, manifiestos y otros listadoscontrolinformesón, Dibujos eEl estándar pretende dar la suficiente información, que habilite a cualquiera pararevisar documento de representación, de medición y control de procesosPara que entienda el significado y el control del proceso no se requiere unconocimiento detallado de un especialista en instrumentación, como requisito parasu comprensión.61

Aplicaciones a clases de Instrumentación y para funciones deInstrumentos.La simbología y las identificaciones entregadas en este estándar son aplicables atoda clase de mediciones en instrumentación para control de procesos. Estas sepueden emplear no solo para describir instrumentos discretos y sus funciones si noque también funciones de sistemas análogos, donde aparecen términos como“display compartido”, “control compartido”,” control distribuido”, ”controlcomputarizado”.1.5.- NORMA ISALos símbolos y diagramas son usados en el control de procesos para indicar laaplicación en el proceso, el tipo de señales empleadas, la secuencia decomponentes interconectadas y de alguna manera, la instrumentación empleada.La Sociedad de Instrumentistas de América (ISA por sus siglas en inglesInstruments Society of America)publica normas para símbolos, términos y diagramas que son generalmentereconocidos en la industria. Este capitulo esta basado en esas normas y ayudara autilizar e interpretar los símbolos utilizados en el control de procesos.Identificación del InstrumentoLos instrumentos son generalmente identificados por números en una etiqueta. Elnúmero de la etiqueta identifica (1) la función en el proceso y (2) el lazo de controlen el cual está localizado. La figura 2–1 indica cómo las letras y los números sonseleccionados y agrupados para lograr una rápida identificación.La función o variable de proceso puede ser fácilmente asociada con el tipo demedición hecha en el proceso. Así, el FRC (Flow Recorder Controler por sus siglasen ingles) mostrado en la figura. 2–1 identifica un controlador registrador de flujo.Las letras del alfabeto son utilizadas para formar la combinación de estos nombres.Un sistema de identificación de instrumentos podría incluir los siguientescomponentes:1. Etiqueta con números para definir la función en el proceso y la localización delinstrumento.2. Símbolos para identificar las señales del control de procesos neumáticas,hidráulicas, capilares, electrónicas, sónicas o radiactivas.62

3. Símbolos para representar dispositivos de control primarios y finales quegobiernan el flujo, nivel, presión y temperatura.63

SIMBOLOGIA INDUSTRIAL64

TIPOS DE SENSORESUNIDAD II2.1.- SENSORES DE PRESION2.2.-SENSORES DE FLUJO2.3.-SENSORES DE TEMPERATURA2.4.-SENSORES DE NIVEL2.5.- SENSORES PARA OTRAS VARIABLES FISICASPESO, VELOCIDAD, CONDUCTIVIDAD, LUZ, Ph Y OTROS.2.6.-CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE UN SENSOR65

TIPOS DE SENSORESELEMENTO PRIMARIO O SENSORSENSOR:Parte de un lazo o un instrumento que primero detecta el valor de unavariable de proceso y que asume una correspondencia,predeterminación, y estado inteligible o salida. El sensor puede serintegrado o separado de un elemento funcional o de un lazo. Al sensortambién se le conoce como detector o elemento primario.Otra definición: El sensor se puede definir, como un dispositivo quemide de manera automática una variable física, como la temperatura, lavelocidad angular la presión, etc.TRANSDUCTOR:Término general para un dispositivo que recibe información en forma deuno o más cuantificadores físicos, modificadores de información y/o suforma si requiere, y produce una señal de salida resultante.Dependiendo de la aplicación un transductor puede ser un elementoprimario, un transmisor un relay, un convertidor u otro dispositivo.Porque el término transductor no es específico, su uso paraaplicaciones específicas no es recomendado.Elemento primario, sensor y transductor es lo mismo.2.1.- SENSORES DE PRESION.La presión (P), en particular, se define como la fuerza por unidad deárea (F/A) que actúa perpendicularmente a la superficie del fluido.P = F / ADonde:P = PresiónF= FuerzaA = Área o Superficie.Unidades: kgr/cm2, lb/pulg 2, atmosfera, columna de mercurio, columnade agua.66

La ley de pascal establece que toda presión aplicada a un fluidoconfinado se transmite sin reducción a todos los puntos del mismo y alas paredes del deposito que lo contiene, en otras palabras, si lapresión en un punto se incrementa o disminuye en una cantidad ∆p, entodos los de mas puntos la presión varia en la misma cantidad.TABLA DE PRESIONES67

TABLAS DE OTRAS UNIDADES68

Presión ManométricaPMPresión AtmosféricaPAPo = PresiónAbsolutaPo= P. Abs.= PMan + PAtmPRESION MANOMETRICATodo aquel recipiente, que tenga confinado un gas, debe calibrarseadecuadamente para su óptimo desempeño. En el interior de estos dispositivosexiste una presión originada por el gas contenido, a esta presión se le llamapresión manométrica, y es la presión medible, sin tomar en cuenta la presiónatmosférica.Presión ManométricaPresiónPRESION ABSOLUTAEs el que se obtiene de la suma, de la presión manométrica y atmosférica.69

PRESION ATMOSFERICA (BAROMETRICA)Es la presión originada por las masas de gas, que rodean a la tierra. La presiónatmosférica varia dependiendo de la altura sobre el nivel del mar. A nivel delmar la presión atmosférica es mayor, al ascender la presión atmosféricadisminuye.PRESION RELATIVAEs la diferencia entre la presión absoluta y la atmosférica del lugar donde serealiza la medición.PRESION DIFERENCIALEs la diferencia entre 2 presiones.VACIOEs la presión medida por debajo de la atmosferica, esta expresado en mmcolumna de mercurio, mm de columna de agua o pulgadas de columnas deagua. Las variaciones de las presiones atmosféricas influyen considerablementeen las lecturas de vació.70

DISPOSITIVOS PARA VISUALIZAR LA PRESIONLos elementos que se usan para visualizar la presión manométrica, son losmanómetros de carátula análoga y digitales, hay para diferentes rangos depresión y tipos de ambiente.Manómetro análogo lleno de glicerina, manómetro digitalManómetro de doble aguja, la aguja roja es la pluma, que indica la constantedel valor del proceso.71

Manómetros con reguladores de presión y conectores reductores de presión.TRANSDUCTORES DE PRESIONLos diferentes procedimientos para la medición de presión industrial sonnumerosos. Nos concentraremos solo en algunos de los dispositivos máscomunes de dispositivos de detección de presión, como lo son los tubos debourdon y los fuelles. Estos dispositivos detectan la presión medida y laconvierten en movimientos mecánicos. El movimiento mecánico puede sertraducido a una señal eléctrica o de neumática.72

Instrumentos de presión y campo de aplicación73

Manómetro de carátula análoga, en el interior cuenta con el tubo de bourdon ymecanismo resorte cremallera.Elemento espiral, la presión hace que el dispositivo tienda a expandirse elforma de espira. Ejerciendo un movimiento de tipo rotacional.75

a) b) c)Manómetros: a) manómetro que tiene 2 entradas, que da 2 diferentes lecturas,una sola carátula b)manómetro con diafragma en acero inoxidable c)d)77

manómetro conexión de bronce con conexión vertical y horizontal d)indicadordigital de presión display led 7 segmentos.TUBOS DE BOURDONEl tubo de bourdon es un tubo metálico deformado con una sección transversalovalada. Esta abierto en un extremo y sellado en el otro. Todo el tubo eselástico, debido a la elasticidad del metal usado en su construcción. El fluidocuya presión se esta midiendo es admitido en el interior del tubo por el extremoabierto, que esta anclado mecánicamente. El tubo entonces, se reflexiona enuna cantidad proporcional a la magnitud de la presión. Esta deflexión estransmitida mecánicamente al cursor de un potenciómetro o al núcleo de unLVDT, para proporcionar una señal eléctrica. Los tubos de bourdon se usancon mayor frecuencia para la medición de presiones del orden de 10 a 300 psi78

FUELLESEl fuelle es, básicamente, una serie de diafragmas metálicos conectados entresí. Cuando está sujeto a la presión de un fluido, un diafragma metálico, sedistorsionara ligeramente debido a la elasticidad del material usado en suconstrucción. Al soldar en serie varios diafragmas, el movimiento total deldiafragma final puede ser considerable. En la figura (a) se muestra un cortetransversal de un fuelle. Con el puerto de entrada de presión anclado, el fuellese expandirá a medida que aumenta la presión del fluido, y la protuberancia desalida se moverá a la derecha. A medida que cae la presión de fluido, el fuellese contrae, la protuberancia de salida se mueve a la izquierda. La fuerza decontracción puede ser proporcionada por la elasticidad misma de losdiafragmas del fuelle, o por una combinación de la elasticidad del diafragmacon la acción de un resorte externo.79

En la figura (b) podemos ver un arreglo de fuelle en el que la presión deentrada es aplicada al interior del fuelle. En la figura (c), podemos ver lapresión de entrada es aplicada al exterior del fuelle.80

ELEMENTOS ELECTROMECANICOSElemento resistivo81

Transductor de Inductancia variable82

Transductor CapacitivoGalgas Extensiométricas83

Elementos piezoelectricos84

Sensor Piezoresistivo de presión de circuito integrado.a) Esquema; b) ensamble típico85

Sensor de Presión Integrado86

2.2.- SENSORES DE FLUJOEn la mayor parte de las operaciones realizadas en los procesos industriales yen las efectuadas en el laboratorio y en plantas, es muy importante la mediciónde los caudales de líquidos o de gases. Existen varios métodos para medir elcaudal según sea el tipo de caudal volumétrico o másico deseado entre lostransductores más importantes figuran los siguientes:87

DEFINICION DE CAUDALEn dinámica de fluidos, caudal es la cantidad de fluido que pasa pordeterminado elemento en la unidad de tiempo. Normalmente se identifica conel flujo volumétrico o volumen que pasa por una área dada en la unidad detiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el flujo másico o masa quepasa por una área dada en la unidad de tiempo. Las unidades que maneja son,litros/seg, mts³/seg, pies³/seg, gals/hora, etc.La formula de caudal es:Q = v/tDonde:Q: es el caudalv: es el volument: es unidad de tiempo.MEDIDORES VOLUMETRICOS88

Presión diferencial creada por la Placa-orificioDisposición de las tomas de presión diferencial89

TUBO VENTURIPermite la medición de caudales 60% superiores a los de placa orifico en lasmismas condiciones de servicio y con unas perdida de carga de solo 10 a 20 %de la presión diferencial. Posee una gran presicion y permite el paso de fluidoscon un porcentaje relativamente grande de sólidos, si bien, los sólidosabrasivos influyen en su forma afectando la exactitud de la medida.90

TUBOS PITOTEl tubo "Pitot" es el elemento primario de un instrumento de flujo. El tubo tienedos conexiones roscadas de presión que entran a la línea: una, la conexión deimpacto queda directamente frente al lado ascendente; la otra abertura, laconexión estática, abre en ángulo recto a la dirección de flujo. La presión en laconexión de impacto es la suma de la "altura dinámica" y de la presión estáticaen la línea. La Conexión estática solamente mide la presión estática. Las dosconexiones están conecta- das a un medidor diferencial que mide la "alturadinámica" o "carga de velocidad", la cual esta directamente relacionada alregimen de flujo.Uso del tubo "Pitot"El tubo "Pitot" tiene una aplicación algo limitada en líneas de los tamañosmayores, en donde el costo de instalación de una boquilla de flujo que se haríanecesaria debido a la alta velocidad seria exorbitante. También se usa para altasvelocidades en donde la presión estática es baja, pues el tubo "Pitot" nointroduce ninguna pérdida de presión. Otra ventaja es que puede instalarsefácilmente en donde la línea ya esta en operación y que seria imposible cortarla línea para instalar una placa de orificio o boquilla de flujo.91

Las entradas del tubo "Pitot" son bastan- te pequeñas y se tapan fácilmente si eltubo se usa en gases o líquidos sucios. Su instalación no se recomienda exceptobajo condiciones de flujo ideales.TUBO ANNUBAR92

PLACA ORIFICIO VARIABLE93

SENSORES DE AREA VARIABLE O ROTAMETROS94

VELOCIDAD: VERTEDEROS Y VENTURI95

Un instrumento de flotador (ver figura a, rectangular), o bien de burbujeo, midela diferencia de alturas dadas y puede iniciar, regular y registrar directamente elcaudal o bien transmitirlo a distancia con un transmisor del tipopotenciometrico o neumático de equilibrio de movimientos, o digital.97

SENSOR TIPO TURBINA98

SENSOR DE FUERZA (MEDIDOR DE PLACA)100

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SENSOR MAGNETICO PARA MEDICION DE CAUDALMEDIDOR MAGNETICO DE CAUDAL.La ley de faraday establece que la tensión inducida a través de cualquierconductor, al moverse éste perpendicularmente a través de un campomagnético, es proporcional a la velocidad del conductor. La regla de la manoderecha nos indica que colocando la mano derecha abierta, con la palmaperpendicular a las líneas de fuerza del campo magnético, y los dedos ensentido de la corriente del fluido, el pulgar señala el sentido de la corrienteinducida.102

En el medidor magnético de caudal, el conductor es el líquido y la señalgenerada es captada por 2 electrodos rasantes con la superficie interior del tuboy diametralmente opuestos. La señal generada depende, no solo de la velocidaddel fluido sino también de la densidad del campo magnético B, la cual a su vezesta influida por la tensión de la línea y por la temperatura del fluido, como:A continuación se muestra el esquemático y las señales del medidor magnético.103

MEDIDOR ROTATIVOEste tipo de instrumento tiene válvulas rotativas que giran excéntricamenterozando con las paredes de una cámara circular y transporta el líquido enforma incremental de la entrada a la salida. Se emplea mucho en la industriapetroquímica para la medida de crudos y gasolina. Hay varios tipos demedidores rotativos, siendo los más empleados, los cicloidales, los de 2 rotores(birrotor) y los ovales.Los cicloidales, contienen 2 lóbulos del tipo root engranados entre si que giranen direcciones opuestas manteniendo una posición relativa fija y desplazandoun volumen fijo de fluido liquido o gas en cada revolución.104

El sistema birrotor, consiste en 2 rotores sin contacto mecánico entre si, quegiran como únicos elementos móviles en la cámara de medida. La relación degiro mutuo se mantiene gracias a un conjunto de engranajes helicoidalestotalmente cerrados y sin contacto con el líquido. Los rotores están equilibradosestática y dinámicamente se apoyan en rodamientos de bola de aceroinoxidable.Al no existir contacto mecánico entre los rotores, la vida útil es larga y elmantenimiento es fácil. El instrumento puede trabajar con bajas presionesdiferenciales.Los medidores ovales disponen de 2 ruedas ovales que engranan entre si ytienen un movimiento de giro debido a la presión diferencial creada por elliquido. La acción del líquido va actuando alternativamente sobre una de lasruedas dando lugar a un giro suave de una par casi constante. La cámara demedida y las ruedas están mecanizadas con gran presicion para conseguir undeslizamiento mínimo entre las mismas, sin formación de bolsas o espaciosmuertos en la camara de medida y barriendo completamente la misma en cadarotación.105

MEDIDOR DE REMOLINO Y VÓRTEXEl medidor del caudal por remolino, se basa en la determinación de lafrecuencia del remolino producido por una hélice estática situada dentro de latubería a cuyo trabes pasa el fluido (líquido o gas). La frecuencia del remolinoes proporcional a la velocidad del fluido, esto quiere decir que el caudalvolumétrico del fluido es proporcional a la frecuencia del remolino.La detección de la frecuencia se logra con sensores de presión de cristalespiezoeléctricos.Los instrumentos de vortex, son parecidos al de remolino, solo que, un cuerpoen forma de cono genera alternativamente vórtices (áreas de baja presión einestabilidad) desfasados 180 grados, cuya frecuencia es directamenteproporcional a la velocidad y, por lo tanto, al caudal.106

2.3.-SENSORES DE TEMPERATURA.La temperatura, es una de las más comunes y más importantes que se efectúanen los procesos industriales. Casi todos los fenómenos físicos, están afectadospor ella.Definición de temperaturaMagnitud física que expresa el grado o nivel de calor de los cuerpos o delambiente. Su unidad en el Sistema Internacional es el kelvin (K).otras unidadesson el grado Celsius o centígrados, grados Fahrenheit.CALOR:Es la energía térmica que pasa (se gana o se pierde) de un objeto a otroFormulas para la temperatura:Para obtener ºCºC = 5/9 ( ºF - 32)Para obtener ºFºF = 9/5 ( ºC + 32 )Para obtener ºKºK = ºC + 273Punto deEbulliciónCelsiusoCentígrados100 ºCFahrenheitºF212 ºFKelvinoAbsoluto373 ºkPunto deFusión032273CeroAbsoluto-273-4600107

TRANSDUCTORES DE TEMPERATURASe usa una gran variedad de transductores para medir la temperatura. Algunosde ellos convierten directamente la temperatura en una señal eléctrica, mientrasque otros deben emplearse en combinación con un transductor eléctrico, paraconvertir la indicación de temperatura en alguna forma eléctrica.Indicadores de temperatura.Antes de entrar con los tipos de sensores, veremos el indicador de temperaturabásico, el termómetro de vidrio.108

Termómetro de líquido en vidrio o termómetro de vidrio.Los tipos de transductores de temperatura son:1.- Banda bimetalicas.2.- Termopares.3.-Detectores de temperatura resistivos (RTD).4.-Termistores.5.-Sensores de Semiconductor o estado Sólido.6.-Pirometros de Radiación.109

Disyuntores = interruptores electromagnéticos.110

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TERMOPARES113

SIMBOLO DEL TERMOPARCODIGO DE COLORES DE TERMOPARES114

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GRAFICA DE COMPORTAMIENTO DE LOS DIFERENTESMATERIALES.116

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Prueba típica a un termopar118

Cuando el termopar esta instalado a una distancia larga del instrumento, no seconecta directamente al mismo, sino por medio de un cable de extensión ocompensación. Hay cables de extensión, que son conductores con propiedadeseléctricas similares a la del termopar, que prolongan hasta ciertos limites detemperatura que van de los 0 a los 200 grados centígrados y son maseconómicos. Los más caros son los cables para los termopares R y S que estánhechos de platino. Algunos tipos de cables de compensación son de unmaterial especial, deben de ser de baja resistencia, no deben ser sensibles a latemperatura, estos cables están fabricados con metales diseñados paracompensar los errores causados por las uniones que se encuentran atemperaturas intermedias.TIPOT--------------------- -200 ºC a 350 ºC ö -300 ºF a 700 ºFJ---------------------- 0 ºC a 750 ºC ó 32 ºF a 1400 ºFE--------------------- 0 ºC a 900 ºC ó 32 ºF a 1600 ºFK--------------------- 0 ºC a 1250 ºC ó 32 ºF a 2300 ºFR ó S---------------- 0 ºC a 1450 ºC ó 32 ºF a 2700 ºF119

DETECTORES DE TEMPERATURA O RTDEl RTD (detector resistivo de temperatura), es esencialmente un alambre decierta longitud devanado, como bobina y cubierto con una manga protectora ysu operación depende de la variación de la resistencia con la temperatura delalambre. Este alambre generalmente es de platino y es de los llamados ¨Metales Puros ¨, estos metales llamados puros, tiene un coeficiente deresistencia de temperatura positivo, bastante constante. ¨ Un coeficientepositivo significa que la resistencia aumenta a medida que aumenta latemperatura ¨, esto quiere decir que su comportamiento lineal.Curva de resistencia contra temperatura para algunos RTD120

En la figura , podemos observar la conexión para la prueba básica de un RTD,observe que el símbolo es una resistencia variable encerrada en circulo, cuyaflecha indica hacia arriba, y afuera del circulo hay un ¨ T ¨ mayúscula.Aplicación de un sensor RTD, con puente de wheastone y galvanómetro.121

TERMISTORES122

Graficas de termistorSímbolo de un termistor123

SENSORES DE TEMPERATURA A BASE DE SEMICONDUCTOR OESTADO SÓLIDO124

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EL SENSOR DE ESTADO SÓLIDO LM35DZEs un sensor integrado de temperatura calibrado en grados centígrados deNacional Semiconductor, posee una salida de voltaje linealmente proporcionala la temperatura, con calibración y compensación interna.126

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Aplicación con el LM35Sensor integrado DS1624128

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PIROMETROS130

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2.4.- SENSORES DE NIVELLos transductores de nivel, como su nombre lo indica, detectan o miden nivel,es decir la altura a la cual un material llena un tanque o recipiente, como puedeser una tolva, un silo, una bodega u otro tipo de contenedor. El material puedeser líquido o un producto sólido en forma de polvo, granos, hojuelas, etc.134

Las mediciones de nivel son parte integral de muchos procesos industriales.Las mismas permiten conocer las reservas disponibles de un material yprevenir su agotamiento o desbordamiento, así como garantizar que losingredientes de alimentos, químicos y otros productos similares, fabricados conbase en formulas, se mezclen en las cantidades exactas requeridas.El nivel se mide localizando la frontera o interfase entre dos medios, digamosun líquido o polvo en contacto con el aire en un tanque abierto, o una capa deaceite flotando sobre agua. Esta medición se puede hacer por 2 métodos: elmétodo directo y el método indirecto.El método directo, utiliza flotadores, este método es generalmente invasivo, esdecir, implican un contacto directo del sensor con el material a medir.El método indirecto (presión hidrostática), digamos que midiendo la presión enel fondo del tanque, estos son no invasivos, ya que están de manera indirecta,también son muy utilizados para medir sustancias corrosivas o sometidas a altatemperaturas o altas presiones.135

INSTRUMENTOS DE MEDIDA DIRECTA (METODO DIRECTO).1.-Sonda.2.-Cinta plomada.3.-Nivel de cristal.4.-Instrumentos de flotador.136

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Instrumento basado en el desplazamiento139

INSTRUMENTOS DE MEDIDA INDIRECTA (PRESIONHIDROSTATICA)1.- medidor manometrico.2.-membrana o diafragma.3.- burbujeo.Medidor manometrico140

SENSOR DE MEMBRANA O DIAFRAGMA.141

BURBUJEO142

MEDIDOR DE TIPO HIDROSTÁTICO143

INSTRUMENTOS BASADOS EN LAS CARACTERÍSTICASELÉCTRICAS DEL LÍQUIDO144

MEDIDOR DE NIVEL POR MEDIO DE ULTRASONIDOS145

2.5.- SENSORES PARA OTRAS VARIABLES FISICAS:PESO, VELOCIDAD, CONDUCTIVIDAD, LUZ, P.D. Y OTROS.Peso146

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Hablemos un poco más de la galga extensometrica150

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Sensor de aceleración de estado sólido (circuito integrado)De los antiguos acelerómetros mecánicos, de tamaño grande ydificultoso de construir, porque incluían imanes, resortes y bobinas (enalgunos modelos), se ha pasado en esta época a dispositivosintegrados, con los elementos sensibles creados sobre los propiosmicrocircuitos.Estos sensores, disponibles en forma de circuito integrado, son los quese utilizan normalmente en robótica experimental. Uno de losacelerómetros integrados más conocidos es el ADXL202, muypequeño, versátil y de costo accesible.El acelerómetro de dos ejes ADXL202El ADXL202 es un acelerómetro de dos ejes de bajo consumo y salidadigital, integrado en un chip monolítico. Mide aceleraciones hasta unaescala máxima de + 2 g. Soporta golpes de hasta 1000 g. Puede mediraceleración dinámica (como por ejemplo una vibración) y tambiénaceleración estática, como por ejemplo la atracción de la gravedad.Este circuito integrado tiene salidas digitales, en forma de pulsosrepetidos cuyo ancho varía en relación con la medición. Estas salidasen forma de pulsos se pueden medir con microcontroladores sinnecesidad de contar con una entrada para la conversiónAnalógica/Digital. El ritmo de repetición del pulso es ajustable de 0,5 a10 ms por medio de un resistor. Un ciclo de relación 50% significa unaaceleración de 9 g.El ruido de la señal es muy bajo, lo que permite realizar medicionesmenores a 2 mg (mili g) a una frecuencia de 60 hertz. El ancho debanda de respuesta se puede determinar por medio de capacitores defiltro conectables en ambos circuitos, X e Y.161

Diagrama de un ADXL202CELULAS DE CARGA NEUMATICA162

VELOCIDAD ANGULAR163

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POSICIÓN ANGULAR Y POSICIÓN LINEAL.La posición angular como su nombre lo indica, nos sensa la posiciónactual de la pluma o elemento que se quiera posicionar dentro de los360 grados mecánicos, (0 a 360 grados) para eso nos podemosapoyar de sensores como el potenciómetro, el encoder los 2 de ellosrotacionales. la posición lineal es aquel que se mueve de izquierda aderecha ( x ) el un rango de longitud o atrás y adelante ( y ) o arriba oabajo ( z) ., ya sea en sus 3 ejes (x, y, z) en estos utilizando sensorescomo el potenciómetro lineal y el LVDT .165

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POTENCIÓMETROS ROTACIONALES Y LINEALES.Un potenciómetro es un resistor con un contacto móvil deslizante ogiratorio.170

Potenciómetro rotacional y lineal171

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A) B)A) Sensor LVDT (AMARILLO), montado en un protoboard, B) sensoresLVDT múltiples, para detectar el movimiento de un pilar estructural.Varios tipos industriales de LVDT179

CONDUCTIVIDAD180

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HUMEDADPodría decirse que la humedad juega un rol en todos los procesosindustriales. El solo hecho de que la atmósfera contiene humedad haceque, por lo menos, se estudie su efecto en el almacenamiento yoperación de los distintos productos y dispositivos. El alcance que lainfluencia de la humedad podría tener en cualquier proceso industrialpuede variar pero es esencial que al menos sea monitoreada, y enmuchos casos controlada. Se puede decir que la humedad es una183

propiedad más difícil de definir y medir que sus parámetros asociadoscomo pueden ser la presión y temperatura. La medición de la humedades un proceso verdaderamente analítico en el cual el sensor debe estaren contacto con el ambiente de proceso a diferencia de los sensores depresión y temperatura que invariablemente se encuentran aislados delproceso por protecciones conductoras del calor o diafragmasrespectivamente. Esto tiene, por supuesto, implicancias en lacontaminación y degradación del sensor en niveles variablesdependiendo de la naturaleza del ambiente.184

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Sensor de humedad tipo integrado187

LUZ188

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pH (potencial de hidrogeno)203

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2.6.-CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE UN SENSOR.209

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UNIDAD IIIACTUADORES FINALES DE CONTROL3.1.-TIPOS DE ACTUADORES: ELÉCTRICOS,NEUMÁTICOS E HIDRAULICOS3.2.-TIPOS DE VÁLVULAS DE CONTROL3.3.-TIPOS DE PISTONES3.4.- OTRO TIPOS DE ACTUADORES3.5.- CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE UN ACTUADOR212

UNIDAD IIIACTUADORES FINALES DE CONTROL.En el control automático de los procesos industriales la válvula de control juega unpapel muy importante en el bucle de regulación. Realiza la función de variar elcaudal de fluido de control que modifica a su vez el valor de la variable medidacomportándose como un orificio de área continuamente variable. Dentro del buclede control tiene tanta importancia como elemento primario, el transmisor y elcontrolador. La válvula de control típica, se compone básicamente del cuerpo y delservomotor.La válvula de control neumática consiste en un servomotor accionado por la señalneumática de 3 – 15 PSI (o 0.2 – 1 kgr cm2). El servomotor está conectadodirectamente a un vástago que posiciona el obturador con relación al asiento. Laposición relativa entre el obturador y el asiento permite pasar el fluido desde uncaudal nulo, (o casi nulo), hasta el caudal máximo, y con una relación entre elcaudal y la carrera y la carrera que viene dada por las curvas características de laválvula.El cuerpo de la válvula de control contiene en su interior el obturador y los asientosy está provista de rosca o de bridas para conectar la válvula a la tubería.El obturador es quien realiza la función de control de paso del fluido y puede actuaren la dirección de su propio eje o bien tener un movimiento rotativo. Está unido a unvástago que pasa a través de la tapa del cuerpo y que es accionado por elservomotor.213

3.1.-TIPOS DE ACTUADORES: ELÉCTRICOS, NEUMÁTICOS E HIDRAULICOS.Los actuadores son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos,de energía eléctrica y gaseosa. El actuador recibe la orden de un regulador ocontrolador y da una salida necesaria para activar a un elemento final de controlcomo lo son las válvulas.Existen tres tipos de actuadores:HidráulicosNeumáticosEléctricosLos actuadores hidráulicos, neumáticos eléctricos son usados pera manejaraparatos mecatronicos. Por lo general, los actuadores hidráulicos se empleancuando lo que se necesita es potencia, y los neumáticos son simplesposicionamientos. Sin embargo, los hidráulicos requieren demasiado equipo parasuministro de energía, así como de mantenimiento periódico. Por otro lado, lasaplicaciones de los modelos neumáticos también son limitadas desde el punto devista de precisión y mantenimiento.Los actuadores eléctricos también son muy utilizados en los aparatosmecatronicos, como por ejemplo, en los robots. Los servomotores CA sin escobillasse utilizaran en el futuro como actuadores de posicionamiento preciso debido a lademanda de funcionamiento sin tantas horas de mantenimientoPor todo esto es necesario conocer muy bien las características de cada actuadorpara utilizarlos correctamente de acuerdo a su aplicación especifica3.2.-TIPOS DE VÁLVULAS DE CONTROL.Las válvulas pueden ser de varios tipos según sea el diseño del cuerpo y elmovimiento del obturador. Básicamente se clasifican en 2 grandes grupos:Válvulas con obturador de movimiento lineal y válvulas con obturador demovimiento rotativo.214

VALVULAS CON OBTURADOR DE MOVIMIENTO LINEALLas válvulas de movimiento lineal en las que el obturador se mueve en la direcciónde su propio eje se clasifican en válvula de globo, válvula de Angulo, válvula de 3vías, mezcladora o diversota, válvula de jaula, válvula de compuerta, válvula en Y,válvula de cuerpo partido, válvula Sanders y válvula de compresión.215

VALVULAS CON OBTURADOR DE MOVIMIENTO CIRCULARLas válvulas en las que el obturador tiene un movimiento circular, se clasifican en:válvula de obturador excéntrico rotativo, (camflex), válvula de obturador cilíndricoexcéntrico, válvula de mariposa, válvula de bola, válvula de macho, válvula deorificio ajustable y válvula de flujo axial.MÁS VALVULAS216

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SERVOMOTORES219

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3.3.-TIPOS DE PISTONES.233

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3.4.- OTRO TIPOS DE ACTUADORES.242

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3.5.- CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE UN ACTUADOR.El criterio para seleccionar un actuador o elemento final de control, va serdefinitivamente la variable que queremos controlar.Si es un fluido o presión, las válvulas son las ideales, hay que ver lascaracterísticas del fluido, que tan corrosivo es ya que de ahí partiría la decisión delmaterial de la válvula, así como su obturador y vástago, para poder calcular sudurabilidad.Ya sea para un control todo - nada o un control proporcional, las válvulasproporcionan un buen sistema de control.246

También, es importante en el criterio de selección de válvulas, la ubicación, el áreadonde se encontrara, evitar que sea golpeada, así como la vibración.Los actuadores de estado sólido, como los tiristores y transistores BJT, puedenestar disipados, si así se requiere, todo depende de su carga de trabajo. Estosactuadores pueden funcionar para controles todo-nada, o controles proporcionales.Rele de estado sólidoTransistor BJT disipado247

UNIDAD IVCONTROLADORES4.1.-APLICACIONES DE SISTEMAS DE LAZO ABIERTOY LAZO CERRADO4.2.-MODOS DE CONTROL APLICADOSEN INSTRUMENTACIÓN4.2.1.- ON-OFF4.2.2.- PROPORCIONAL4.2.3.-PROPORCIONAL + INTEGRAL4.2.4.- PROPORCIONAL + INTEGRAL + DERIVATIVO4.3.-CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE UN CONTROLADOR4.4.-SINTONIZACIÓN DE CONTROLES4.5.- APLICACIONES DE CONTROLADORES248

UNIDAD IVCONTROLADORESEn los inicios de la era industrial, el control de procesos se llevo a cabo mediantetanteos basados en la intuición y en la experiencia acumulada por el operario. Uncaso típico fue el control de acabado de un producto en un horno. El operario erarealmente el instrumento de control que juzgaba la marcha del proceso por el colorde la flama, por el tipo de humo, el tiempo transcurrido y el aspecto del producto ydecida así el momento de retirar la pieza; en esta decisión influía muchas veces lasuerte, de tal modo que no siempre la pieza se retiraba en la mejores condicionesde fabricación. Mas tarde, el mercado exigió mayor calidad en las piezas fabricadaslo que condujo al desarrollo de teorías para explicar el funcionamiento del proceso,de las que derivaron estudios analíticos que a su vez permitieron realizar el controlde la mayor parte de las variables de interés en los procesos.249

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4.1.-APLICACIONES DE SISTEMAS DE LAZO ABIERTO Y LAZO CERRADO.252

a) Sistema de lazo abierto b) sistema de lazo cerrado4.2.-MODOS DE CONTROL APLICADOS EN INSTRUMENTACIÓNLos actuadores o elementos finales de control, pueden hacer correcciones envarias formas:1.-En caso de ser una válvula, puede abrir o cerrar instantáneamente.2.- puede abrir o cerrar la válvula lentamente, a una velocidad constante, mientrasse mantenga la desviación.253

3.-puede abrir la válvula en mayor grado cuando la desviación es más rápida.4.- puede abrir la válvula un número de vueltas constante, por cada unidad dedesviación.Estas correcciones, son hechas por el controlador, en los sistemas industriales seemplean básicamente uno o una combinación de los siguientes sistemas decontrol:- 2 posiciones Todo o Nada (ON-OFF).-Proporcional.-Proporcional -Integral.-Proporcional -Derivativo.-Proporcional -Integral -Derivativo.4.2.1.- ON-OFF.254

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Ejemplo: sistema de control bimetálico4.2.2.- PROPORCIONAL.257

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Ejemplo: controlador proporcional eléctrico de temperatura.261

Ejemplo: control proporcional de velocidad angular de un motor de CD4.2.3.-PROPORCIONAL + INTEGRAL.262

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4.2.4.- PROPORCIONAL + INTEGRAL + DERIVATIVO.266

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4.3.-CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE UN CONTROLADOR.270

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4.4.-SINTONIZACIÓN DE CONTROLES.272

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4.5.- APLICACIONES DE CONTROLADORES.Las aplicaciones son innumerables para la industria, ya todo proceso se puedeautomatizar y hacerlo lo mas preciso que se quiera. Las variables mas utilizascomo ya se ha dicho y se han hecho ejemplos son: temperatura, velocidad, nivel,presión, etc.La señal proveniente del sensor siempre será análoga, los controladores puedenmanejar ya 2 tipos de señales, la analógica y digital, siendo este ultimo ya el másutilizado en l a industria, ya que es más fácil de instalar y ajustar.283

Ejemplo: destilación y control de temperatura de liquido284

UNIDAD VTÓPICOS DE CONTROL ASISTIDO POR COMPUTADORA5.1.-ADQUISICIÓN DE DATOS5.2.-CONTROL SUPERVISORIO REMOTO5.3.- CONTROL DIGITAL DIRECTO5.4.-INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL5.5.- CONTROL DISTRIBUIDO285

UNIDAD VTÓPICOS DE CONTROL ASISTIDO POR COMPUTADORAHoy en día, ante la complejidad creciente de los procesos industriales y el aumentoen la producción de estos, resulta necesario desde el punto de vista financierolograr una producción óptima; que sea capaz de reducir sus costos y deproporcionar una calidad buena en sus productos. Lo anterior solo puede lograrsecon un adecuado control industrial.A lo largo del curso se ha observado que existen dos tipos de control, el analógico yel digital, si bien es cierto que el primero es el mas usado en países del tercermundo como el nuestro; el segundo es hasta hoy, el mas ventajoso a emplear enlos procesos industriales. Debido a lo cómodo que resulta tratar exclusivamentecon números puros y ser ideal para la resolución de problemas numéricos.Asimismo la alta velocidad conseguida en las señales de mando a los diversosinstrumentos de control, permite mantener el set point casi constante y monitoreadoen todo momento.Sin embargo este tipo de control frente al analógico, tiene la desventaja de que almuestrear el proceso pierde parte de la información. Lo anterior puede sercorregido con complejos algoritmos matemáticos (al comparar este y el analógicoen cuestión de costos, el control digital pierde gravemente) que le asignanversatilidad e interacción amigable en la modificación de parámetros y variablesque operan en el proceso.Aunado a lo anterior, con el control digital asistido por computador se puede:Lograr mayor rendimiento de los procesos y por lo tanto una mejorproducción con menores costes gracias a la utilización eficiente del materialy del equipo.Mayor calidad en los productos fabricados a costos muy reducidos.Mayor seguridad, ya que la acción de corrección y activación de alarmas escasi inmediata.Proporciona una gran cantidad de información a la dirección de control, enforma simultánea y en tiempo real.A pesar de las maravillas que puede desarrollar este sistema, debe quedar claroque el control digital asistido por ordenador no hace milagros y que las ventajasanteriormente mencionadas solo se logran desarrollando un buen modelo querefleje exactamente el sistema de balance de materia y energía, además de incluircomplejos algoritmos que le ayuden a minimizar los errores propios de susunidades de adquisición de datos (para ello hay que analizar física , analítica ymatemáticamente nuestro proceso en cuestión de forma minuciosa).286

5.1.-ADQUISICIÓN DE DATOS.La Adquisición de Datos, consiste en la toma de muestras del mundo real (sistemaanalógico) para generar datos que puedan ser manipulados por un ordenador(sistema digital). Consiste, en tomar un conjunto de variables físicas, convertirlas entensiones eléctricas y digitalizarlas de manera que se puedan procesar en unacomputadora. Se requiere una etapa de acondicionamiento, que adecua la señal aniveles compatibles con el elemento que hace la transformación a señal digital. Elelemento que hace dicha transformación es el módulo o tarjeta de Adquisición deDatos (DAQ).Los componentes de los sistemas de adquisición de datos, poseen sensoresadecuados que convierten cualquier parámetro de medición de una señal eléctrica,que se adquiriere por el hardware de adquisición de datos. Los datos adquiridos sevisualizan, analizan, y almacenan en un ordenador, ya sea utilizando el proveedorde software suministrado u otro software. Los controles y visualizaciones se puedendesarrollar utilizando varios lenguajes de programación de propósito general comoVisualBASIC, C++, Fortran, Java, Lisp, Pascal. Los lenguajes especializados deprogramación utilizados para la adquisición de datos incluyen EPICS, utilizada en laconstrucción de grandes sistemas de adquisición de datos, LabVIEW, que ofreceun entorno gráfico de programación optimizado para la adquisición de datos, yMATLAB.Estos entornos de adquisición proporcionan un lenguaje de programación ademásde bibliotecas y herramientas para la adquisición de datos y posterior análisis.De la misma manera que se toma una señal eléctrica y se transforma en una digitalpara enviarla al ordenador, se puede también tomar una señal digital o binaria yconvertirla en una eléctrica. En este caso el elemento que hace la transformaciónes una tarjeta o módulo de Adquisición de Datos de salida, o tarjeta de control. Laseñal dentro de la memoria del PC la genera un programa adecuado a lasaplicaciones que quiere el usuario y, luego de procesarla, es recibida pormecanismos que ejecutan movimientos mecánicos, a través de servomecanismos,que también son del tipo transductores.Un sistema típico de adquisición utiliza sensores, transductores, amplificadores,convertidores analógico - digital (A/D) y digital - analógico (D/A), para procesarinformación acerca de un sistema físico de forma digitalizada.== ¿Cómo se adquieren los datos? == La adquisición de datos se inicia con elfenómeno físico o la propiedad física de un objeto (objeto de la investigación) quese desea medir. Esta propiedad física o fenómeno podría ser el cambio detemperatura o la temperatura de una habitación, la intensidad o intensidad delcambio de una fuente de luz, la presión dentro de una cámara, la fuerza aplicada aun objeto, o muchas otras cosas.287

Un eficaz sistema de adquisición de datos pueden medir todos estos diferentespropiedades o fenómenos.Un transductor es un dispositivo que convierte una propiedad física o fenómeno enuna señal eléctrica correspondiente medible, tal como tensión, corriente, el cambioen los valores de resistencia o condensador, etc. La capacidad de un sistema deadquisición de datos para medir los distintos fenómenos depende de lostransductores para convertir las señales de los fenómenos físicos mesurables en laadquisición de datos por hardware. Transductores son sinónimo de sensores ensistemas de DAQ. Hay transductores específicos para diferentes aplicaciones,como la medición de la temperatura, la presión, o flujo de fluidos. DAQ tambiéndespliega diversas técnicas de acondicionamiento de Señales para modificaradecuadamente diferentes señales eléctricas en tensión.Las señales pueden ser digitales (también llamada señales de la lógica) oanalógicas en función del transductor utilizado.El acondicionamiento de señales suele ser necesario si la señal desde eltransductor no es adecuado para la DAQ hardware que se utiliza. La señal puedeser amplificada o desamplificada, o puede requerir de filtrado, o un cierre patronal,en el amplificador se incluye para realizar demodulación. Varios otros ejemplos deacondicionamiento de señales podría ser el puente de conclusión, la prestaciónactual de tensión o excitación al sensor, el aislamiento, linealización, etc. Estepretratamiento del señal normalmente lo realiza un pequeño módulo acoplado altransductor.DAQ hardware son por lo general las interfaces entre la señal y un PC. Podría seren forma de módulos que pueden ser conectados a la computadora de los puertos(paralelo, serie, USB, etc ..) o ranuras de las tarjetas conectadas a (PCI, ISA) en laplaca madre.Por lo general, el espacio en la parte posterior de una tarjeta PCI es demasiadopequeño para todas las conexiones necesarias, de modo que una ruptura de cajaexterna es obligatorio. El cable entre este recuadro y el PC es cara debido a losnumerosos cables y el blindaje necesario y porque es exótico. Las tarjetas DAQ amenudo contienen múltiples componentes (multiplexores, ADC, DAC, TTL-IO,temporizadores de alta velocidad, memoria RAM). Estos son accesibles a través deun bus por un micro controlador, que puede ejecutar pequeños programas. Elcontrolador es más flexible que una unidad lógica dura cableada, pero más baratoque una CPU de modo que es correcto para bloquear con simples bucles depreguntas.Driver software normalmente viene con el hardware DAQ o de otros proveedores,y permite que el sistema operativo pueda reconocer el hardware DAQ y dar así alos programas acceso a las señales de lectura por el hardware DAQ. Un buenconductor ofrece un alto y bajo nivel de acceso.288

Ejemplos de Sistemas de Adquisición y control: · DAQ para recogerdatos(datalogger) medioambientales (energías renovables e ingeniería verde). ·DAQ para audio y vibraciones (mantenimiento, test). · DAQ + control demovimiento(corte con laser). · DAQ + control de movimiento+ visión artificial (robotsmodernos).5.2.-CONTROL SUPERVISORIO REMOTO.Estos computadores iniciaron la separación de la instrumentación analógica delmando directo del operador, pasando directamente este a funciones de supervisióne interviniendo solo en caso necesario al ser avisado por el computador.La decisión de un(a) computador(a) conectado(a) al proceso se realizaba hace 20-30 años de acuerdo con múltiples factores de los cuales aun se recuerdan lossiguientes:La planta debía de tener una producción anual muy grande para que fuerafactible obtener un pequeño porcentaje de mejora en su rendimiento quepudiera justificar la enorme inversión que representaba la instalación decontrol por computadores (Actualmente los costos se han abaratadoenormemente y las prestaciones han mejorado espectacularmente de modoque puede afirmarse que, a partir de unos 20-25 lazos (instrumentos amonitorear y controlar), es mas barata la adquisición de instrumentos decontrol digital que la de analógicos (neumáticos o electrónicos).Que haya líneas de proceso muy importantes (como en la fabricación dehidrocarburos o en la industria fármaco biológica).Que el proceso cambie sus características internas con el tiempo, tal comoen el caso de los coeficientes de transferencia de calor en un horno, en unintercambiador de calor, etc... donde se prevé que la instalación deinstrumentos convencionales dará menor rendimiento.En procesos en desarrollo donde puede ser muy útil la instalación de uncomputador puesto que permite realizar estudios de manera continua quefacilitan su mejor diseño.Procesos agresivos donde se tenía que manejar todo el proceso de manerasimbólica pues no había forma de realizar mediciones constantes.Procesos extremadamente delicados y peligrosos, que exigían alta precisión(centrales nucleares).289

CONTROL DE PROCESOS POR ORDENADORMONITORES (Adquisición de datos).Se define a un monitor como una unidad de adquisición de datos, podría decirseque son sensores, pero a diferencia de estos, los monitores de un tiempo acá,poseen cierto tipo de inteligencia conferida por un procesador.Además de lo anterior otro tipo de monitor, es aquel que presenta en forma graficalo que esta pasando en la planta, de forma fácil y porque no también llamativa, deestos el de CRT o tubo de rayos catódicos es el mas común, aunque los LCD, TFTy demás, se están haciendo patentes con mayor fuerza cada día.Por ultimo, monitor también es un segmento de programación, comúnmente escritoen lenguaje C, que regula el flujo de datos en una forma similar a un semáforo, elloevita que se atasquen y colapsen las redes de adquisición de datos.CONTROL SUPERVISORIO (supervisor).Sistema de control en el cual los bucles de control operan independientemente,sujetos a acciones de corrección intermitente a través de sus puntos de consigna.En la figura se muestra este esquema de control, el cual por orden histórico fue elprimero en utilizarse. En este esquema la computadora juega solamente el papelde un supervisor, ya que no tiene acceso a ningún lazo de control y su únicafunción es monitorear las variables controladas del proceso o bien, modificar lasreferencias de control (set points).Los lazos de control en este esquema se siguenrealizando mediante controladores analógicos.290

5.3.- CONTROL DIGITAL DIRECTO.Sistema de control que realiza un aparato digital que establece directamente lasseñales que van a los elementos finales de control.En la Figura se muestra el esquema de una computadora trabajando en controldigital directo. En este esquema la computadora ejecuta uno o varios algoritmos decontrol para realizar directamente el control de una o varias variables de unproceso.5.4.-INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL.Muchas veces la realización de una medida requiere la intervención de variosinstrumentos, unos generan estímulos sobre el dispositivo que se pretende medir yotros recogen la respuesta a estos estímulos. Este conjunto de instrumentos quehace posible la realización de la medida recibe el nombre de sistema deinstrumentación.Todo sistema de instrumentación consta de unos instrumentos, un sistema deinterconexión de estos instrumentos y un controlador inteligente que gestiona elfuncionamiento de todo el sistema y da las órdenes para que una medida se realicecorrectamente.291

El concepto de instrumentación virtual nace a partir del uso de la computadorapersonal, como forma de reemplazar equipos físicos por software, permite a losusuarios interactuar con la computadora como si estuviesen utilizando uninstrumento real.El usuario manipula un instrumento que no es real, se ejecuta en unacomputadora, tiene sus características definidas por software pero realiza lasmismas funciones que un equipo real.La idea es sustituir y ampliar elementos "hardware" por otros "software", para ellose emplea un procesador que ejecute un programa específico, este programa secomunica con los dispositivos para configurarlos y leer sus medidas. En muchasocasiones el usuario final del sistema de instrumentación sólo ve la representacióngráfica de los indicadores y botones de control virtuales en la pantalla delordenador.El concepto de instrumentación virtual implica adquisición de señales, elprocesamiento, análisis, almacenamiento, distribución y despliegue de los datos einformación relacionados con la medición de una o varias señales, interfaz hombremáquina,visualización, monitoreo y supervisación remota del proceso, lacomunicación con otros equipos, etc.Un sistema de instrumentación virtual esta enfocado a los instrumentos encargadosde medir señales, registrar datos y decidir las acciones de control, evidentemente,se requiere de una etapa de actuación, que conforma la interfaz entre lacomputadora y el sistema a controlar, por tanto esta etapa implicará drivers depotencia o transductores de señal especiales.Además, existen otras etapas auxiliares que no intervienen en el proceso demedida, como es el caso del subsistema de alimentación.Los instrumentos virtuales son definidos por el usuario mientras que instrumentostradicionales tienen funcionalidad fija, definida por el usuario.292

Figura . Instrumentos tradicionales (izquierda) e instrumentos virtuales basados ensoftware (derecha) comparten a gran escala la misma arquitectura encomponentes, pero con filosofías radicalmente diferentes.Una Aplicación – Diferentes DispositivosPara este ejemplo en particular, un ingeniero desarrolla una aplicación usandoLabVIEW y una tarjeta DAQ de la Serie M en un bus PCI de computadora deescritorio en su laboratorio para crear una aplicación de voltaje de CD ytemperatura de medición. Al completar el sistema, requiere desplegar la aplicacióna un sistema PXI en el piso de manufactura para desempeñar la prueba en elnuevo producto. Alternativamente, tal vez requiera que la aplicación sea portátil, asíque puede seleccionar los productos USB DAQ de NI para la tarea. En esteejemplo, a pesar de la elección, puede usar instrumentación virtual en un sóloprograma en los tres casos sin necesidad de cambiar el código.Figura . Actualizar el hardware es fácil al utilizar la misma aplicación para muchosdispositivos.293

Muchas Aplicaciones, Un DispositivoConsidere otro ingeniero, que apenas completó un proyecto usando su nuevodispositivo DAQ de la Serie M y codificadores en cuadratura para medir posición demotor. Su próximo proyecto es el monitoreo y acceso a la potencia alcanzada por elmismo motor. Ésta puede utilizar el mismo dispositivo DAQ de la Serie M aunque latarea es significativamente diferente. Todo lo que debe hacer es desarrollar lanueva aplicación usando el software de instrumentación virtual. Adicionalmente,ambos proyectos pueden combinarse en una sola aplicación y ejecutarse en unsolo dispositivo DAQ de la Serie M, en caso de requerirse.Figura . Reduzca costos reutilizando hardware para muchas aplicaciones.¿Cómo es que las Características de Hardware de Instrumentación Virtual seComparan a la Instrumentación Tradicional?Un concepto importante de la instrumentación virtual es la estrategia que potenciala aceleración del dispositivo del software y hardware de instrumentación virtualactual. National Instruments se enfoca en adaptarse o usar tecnologías de altainversión de compañías como Microsoft, Intel, Analog Devices, Xilinx, y otros. Consoftware, National Instruments utiliza la tremenda inversión de Microsoft en SOs yherramientas de desarrollo. Para hardware, National Instruments aprovecha lainversión de Analog Devices en la tecnología de convertidores A/D.Fundamentalmente, debido a que la instrumentación virtual está basada ensoftware, si puede digitalizarse, puede medirse. Por tanto, el hardware de mediciónpuede verse en dos ejes, resoluciones (bits) y frecuencia.Los inicios de la instrumentación controlable desde el ordenador, y de hecho de lossistemas de instrumentación, se sitúan a mediados de los años 60 cuando HewlettPackard, desarrolló su bus para instrumentación HP-IB (Hewlett Packard Interface294

Bus) que permitía conectar su gama de instrumentos programables a un ordenador.Esta interfase ganó rápidamente gran popularidad y en 1975 fue aceptada como unestándar: el IEEE-488.Desde aquellos días hasta ahora el estándar ha sufrido varias modificaciones y elbus GPIB (acrónimo de General Purpose Interface Bus, por el que se le conocehabitualmente) se ha convertido en uno de los más populares en el campo de lainstrumentación programable. La instrumentación virtual es un concepto introducidopor la compañía Nacional Instruments el año 2001, los cuales crearon un softwareque le permitía a la computadora realizar mediciones.El término "virtual" nace a partir del hecho de que cuando se utiliza el PC como"instrumento" es el usuario mismo quién, a través del software, define sufuncionalidad y "apariencia" y por ello decimos que "virtualizamos" el instrumento,ya que su funcionalidad puede ser definida una y otra vez por el usuario y no por elfabricante.La modelación de la realidad que tiene lugar como resultado la simulación, noconstituye un elemento determinante para penetrar en la esencia de la misma yllegar a conocerla, es necesario el empleo de procedimientos que la complementenmetodológicamente, y alcanzar entonces los objetivos y la escenificación de lamisma. La simulación o virtualización consiste por tanto en la representación de larealidad.EJEMPLO DE APLICACIÓN DE INSTRUMENTACION VIRTUALLabWindows\CVI: calibración de sondas de pozos de petróleoEste sistema se utiliza para calibrar sondas de medida del petroleo. Las sondas asícalibradas permiten el análisis con precisión de los distintos componentes delpetroleo dentro de los pozos.El sistema de calibración mide el comportamiento, en presión y temperatura, de lassondas durante una semana a un mes. Se salvaguardan todas las medidas en unabase de datos para análisis y la creación de reportes.295

Tecnología materialEl sistema esta formado por un PC que dialoga con las sondas por medio delpuerto serie. Se conecta también a los instrumentos de medida del banco porGPIB.El banco de medida contiene los siguientes módulos:Fuentes de alimentaciónContadorSwithes MatrizMultímetroBarómetroGenerador de presiónGenerador de temperaturaTecnología informáticaSistema de explotación : MS Windows 2000Programa de medida : C con NI LabWindows/CVIPrograma de analisis : Visual Basic, MS ACCESS, ODBC, SQLReportes : MS EXCEL, PDF¿Como eso funciona?El programa de medida controla las temperaturas y presiones generadas en lospozos de petroleo de simulacion. Las sondas que deben calibrarse, situadas enestos pozos de simulacion, envian datos al programa. Los datos se guardan en unabase de datos. Al final de la campana de mediciones, se analizan los datosdisponibles en la base de datos y se generan reportes graficos (al formato Excel oPDF).296

5.5.- CONTROL DISTRIBUIDO.En lo años 70, dentro de los esfuerzos de investigación dedicados a la resolucióndel problema del control de fabricas con un gran numero de lazos y teniendo encuenta el estado de la técnica de los microprocesadores y la característica

En este esquema, que es el más difundido a nivel industrial en la actualidad seutilizan computadoras o microcontroladores para reemplazar los lazos de controlindividuales que en el esquema antiguo se implementaban con controladoresanalógicos. Además se usa una gran computadora de gran capacidad para realizarla función de supervisora que ya se describió en el esquema supervisor anterior,con la diferencia que en el nuevo esquema dicha computadora se auxilia desubsistemas que controlan una red local que sirve de interfaz de comunicación concada controlador funcionando en control digital directo.El controlador básico del sistema es un microprocesador que proporciona losclásicos controles PID y otros algoritmos de control. Es apto para el manejo de 8lazos que proporciona, entre otros, los siguientes algoritmos de control:- Salida manual- PID normal- PID con ajuste externo del punto de consigna- PID con control anticipado (feedforward)- Adelanto-retardo- Sumador- Multiplicador - Divisor- Relación- Extracción de raíz cuadrada- Rampas programadas (temperatura en procesos dinámicos)- ContadorLos algoritmos anteriores pueden configurarse de tal forma que se define cual es elultimo modo de control a retener en caso de avería, las unidades de ingeniería (tipo298

de termopar, termoresistencia), la acción de control (directa, inversa), las alarmas,el tipo de señal, asignación de bandas portadoras de señal.COMPONENTES DEL CONTROL DISTRIBUIDO.- El controlador multifunción que, al utilizar en su programación un lenguaje dealto nivel, se asemeja a un ordenador personal, proporciona las funciones decontrol lógico que permiten regular un proceso discontinuo (Bach control), y elmanejo de procesos complejos, en las que el control básico esta limitado. Tal es elcontrol de una columna de destilación, donde el control es dinámico, y es necesariorealizar cálculos en tiempo real sobre las ecuaciones de equilibrio entre el reflujointerno y el reflujo externo en cabeza de la columna. Otros casos típicos son lamanipulación de reactores en condiciones anormales, el precalentamiento delíquidos de alimentos de procesos mediante la creación matemática de modelos.- El control secuencial enlaza el control analógico (modulante con posiciones quevarían continuamente en la válvula de control) con el control lógico, Por ejemplo, elarranque y el paro de una cadena de vapor deben hacerse de modo secuencialpara eliminar totalmente el riesgo de una explosión que ocurriría si, en el peor delos casos, entrara agua en la caldera con el nivel muy bajo y con los tubos delserpentín al rojo vivo.. El control secuencial se realiza con un conjunto deinstrucciones o sentencias, parecidas a programas de ordenador, que establecenen el tiempo los puntos de ajuste de cada elemento para que tenga lugar lasecuencia deseada. El lenguaje empleado es de alto nivel, parecido al Basic o C, yorientado al usuario del ordenador personal, por lo que es fácil de escribir y deinterpretar.- En el control discontinuo (Bach control) es usual automatizar la entrada deingredientes, en particular en la industria farmacéutica, definiendo la naturaleza ycantidades en lo que se llama la formula (recipe). Debido a que se fabrican muchosproductos diferentes en la misma unidad de fabricación, es necesario que el equipode control sea versátil para satisfacer la gran variedad de formulas (recipes) quepueden presentarse. La practica usual es disponer de un programa de la formulaprincipal grabado en Cd, disquete, DVD o HD móvil, y modificar estadinámicamente de acuerdo con los datos de la formula, las fases del procesodiscontinuo y el tiempo estimado de ejecución de la operación.- Los controles programables sustituyen a los reles convencionales utilizados enla industria. En lugar de disponer de pulsadores y reles para los circuitos deenclavamiento y para el accionamiento de los motores de la planta, con elcorrespondiente panel o cuadro de mandos y con los consiguientes cables deconexión, voluminosos y caros, el controlador programable aporta la soluciónversátil, practica y elegante del software en un lenguaje especial, basado en lalógica de los reles.El teclado del controlador dispone de símbolos que representan la lógica de loscontactos: NA (normalmente abierto), NC (normalmente cerrado), TemporizacionON u OFF, contador, Constante, operadores aritméticos.299

De este modo pueden desarrollarse programas que representen cualquier tipo deenclavamiento y comprobarlos con un simulador de contactos, antes de acoplar elcontrolador programable a la planta.- La estación de operación proporciona la comunicación con todas las señales dela planta para el operador de proceso, el ingeniero de proceso y el técnico demantenimiento. La presentación de la información a cada uno de ellos, se realiza,mediante programas de operación, de este modo:1.- el operador de proceso ve en la pantalla (o pantallas) un grafico o gráficos delproceso que le interesa (incluso hay algunos con animaciones de movimiento), ypuede manipular las variables deseadas, las alarmas, las curvas de tendencia, etc..Puede archivar datos históricos de la planta que crea interesantes, obtener copiasen impresora de las tendencias, estado de las alarmas e incluso llevar un registrodel desgaste progresivo de ciertos elementos de control, de medición.2.- El ingeniero de proceso puede editar programas del proceso, construir lasrepresentaciones en la pantalla de partes del proceso.3.- El técnico de mantenimiento puede fundamentalmente diagnosticar y resolverproblemas en los elementos de control distribuido de la planta.- El computador permite implementar los programas de aplicación de los usuarios,destinados a obtener información determinada de la planta y procesarla con objetode analizarla mas adelante. El sistema incluso puede optimizar variables, hacercálculos especiales o complejos sobre balance de energía o de consumo dematerias primas de la planta, y a confeccionar reportes especiales.Por otro lado el computador puede comunicarse con otros ordenadores de mayorcapacidad para obtener información sobre el consumo de materias primas, sobrelos factores que influyen en la producción y en su rendimiento, y sobre los datosanalíticos que se utilicen en la optimización de la planta. Y, como es lógico, estainformación actual obtenida del proceso es accesible a la dirección, que puedeutilizarla para el control de los costos de la planta.El lenguaje utilizado suele ser de alto nivel, Fortran 77 y/o 99 (o el Microsoft FortranStudio), Visual C, Delphi, Visual Basic, Java... Se desarrollan programas quepermiten utilizar el control distribuido de manera óptima para mejorar laproductividad de la fábrica y minimizar los costes. Entre estos programas seencuentran:1.- Monitoreo y control de turbinas generadoras2.- Mezclas en refinerías y en la industria del papel3.- Auto ajuste de lazos de control4.- Librería de gráficos para la construcción de diagramas de flujo5.- Control de calderas de vapor300

La tendencia del computador es a generar cada vez más información, la que debeser transmitida rápidamente dentro de la planta y a veces en tiempo real.Esta información es manejada por los llamados periféricos del ordenador.Estos periféricos deben trabajar a la misma velocidad que los sistemas basados enlos nuevos procesadores Advanced Micro Device, Intel, Motorola o IBM (de ahí queuna industria no compre el primer periférico que encuentre). Entre Estos seencuentran memorias de varios Gigas e incluso Terabytes, impresoras rápidas conalta calidad...- Las alarmas son importantes en el control de procesos. Existen alarmas de alto ybajo valor de la variable (LPV, HPV), alarmas de desviación entre el punto deconsigna (SP) y la variable controlada (PV), alarmas de tendencia que actúan si lavariación de la variable excede de un valor prefijado, alarmas de estado de la señalde entrada o de salida, alarmas de situación critica, alarmas que indican que elproceso esta fuera de control y que se acerca un desastre inminente (como las deChernovil), alarmas que indican el restablecimiento del control. Conviene evitar lainstalación de un número excesivo de alarmas, ya que el operador se ve obligado asilenciarlas apretando el botón correspondiente y, además le predisponen a noprestarles atención.Los casos en los que la alarma actúa demasiadas veces a lo largo del día sondebidos a un mal diseño o a una condición en el proceso, que hay que corregir.El control distribuido tiene una seguridad mejorada con relación a los sistemasconvencionales de control, tal como se ha mencionado, los transmisores disponende un sistema de auto calibración y diagnostico de averías que permite al personalde mantenimiento, localizarlas y repararlas rápidamente, en caso de que seproduzcan. El sistema es redundante y puede considerarse como una inteligenciadistribuida que, en forma parecida a la humana, limita las consecuencias de unfallo, manteniendo el control del sistema.Desde el punto de vista de la fiabilidad del equipo, el numero de horas/fallo de loselementos de control distribuido es considerable y varia en régimen permanente y ala temperatura de 25°C desde 10,000 horas/fallo en los controladores básicos hasta220,000 horas/fallo en la vía de comunicaciones (cable coaxial), y este tiemposigue creciendo con las nuevas técnicas de fabricación que se van incorporando ala industria.Otro parámetro es la llamada disponibilidad, es decir, la fracción de tiempo que elsistema es operable. Por ejemplo, una disponibilidad de 90% significa que elsistema trabaja el 90% del tiempo, mientras que el 10% restante esta enreparación. Pues bien, en los sistemas de control distribuido, la disponibilidad típicavaria desde 99.2 hasta 99.9%, dependiendo de la bondad del equipo (ello se logradejando de usar equipos mediocres como los de Intel), de la disponibilidad de301

piezas criticas y del mantenimiento. Por lo tanto, si el usuario dispone en la plantade dichas piezas y ha contratado un buen mantenimiento, la seguridad es clara(mejor aun si se dispone de otro sistema de respaldo y de procesamiento que lesupla durante el periodo de revisión).Lo anterior pone de manifiesto que los sistemas de control distribuido son hoy endía los que logran el mejor desempeño. Sus ventajas son tan claras que, al estudiarla instrumentación y el control de una nueva fabrica o la reforma de una antigua, esinimaginable no considerarlos como posibles opciones de elección.Los sistemas electrónicos, al usar la lógica binaria, presentan la ventaja de poderaplacarse y ser compatibles tanto en enormes producciones, como en la fabricaciónde un número pequeño de unidades.Actualmente el coste del equipo electrónico disminuye de forma continua, elsoftware continua su creciente desarrollo y la presión económico global queintroduce a la automatización aumentara hasta el fin del mundo, por lo cual es deesperar que el control automático resultara vital en todo proceso productivo y que elaprender las bases que le fundamentan nos harán mejores ingenieros.302