GENERALIDADES

En los procesos industriales es necesario controlar y mantener constantes algunas magnitudes, tales como:

PresinCaudalNivelTemperaturaPHConductividadVelocidadHumedadEtc.

Los instrumentos de medicin y control permiten el mantener constante y regular estas variables con mas eficiencia que si lo realizar un operador.

En los inicios de la era industrial el operador llevaba a cabo un control manual de estas variables, utilizando solo instrumentos simples como: manmetros, termmetros, vlvulas manuales etc.; esto era suficiente para la relativa simplicidad de los procesos.

Los instrumentos de control empleados en la industria tienen su propia terminologa; los trminos empleados definen las caractersticas propias de medicin y/o control de los diversos instrumentos utilizados, se dividen en:

Indicadores Registradores Controladores TransmisoresVlvulas de control

La terminologa empleada, se ha unificado con el fin de que los fabricantes, los usuarios y los organismos que intervienen directa o indirectamente en el campo de la instrumentacin industrial, empleen el mismo lenguaje.

Los trminos empleados son proporcionados por SAMA (Scientific Apparatus Makers Association).

Lazo Abierto

Lazo Cerrado

MEDICIN: Es el proceso de obtener de manera experimental, una relacin existente entre una magnitud fsica a medir y un valor adoptado como unidad patrn o de referencia.

INTERVALO DE MEDIDA (RANGE): Conjunto de valores de la variable medida, que estn comprendidos dentro de los limites superior e inferior de la capacidad del instrumento; esta expresado por el establecimiento de los valores extremos.

Ejemplo: instrumento de temperatura de 100 300 grados centgrados.

DINMICA DE MEDIDA O RANGEABILIDAD (RANGEABILITY): Es el cociente, del valor de medida superior e inferior de un instrumento. Ejemplo: 300/100=3.

ALCANCE (SPAN): Es la diferencia algebraica de los valores, superior e inferior del intervalo de medida del instrumento.

ERROR: Es la diferencia algebraica, del valor ledo o transmitido por el instrumento y el valor real de la variable medida. Si el proceso esta en condiciones de rgimen permanente, existe el llamado error esttico.

En condiciones dinmicas el error varia considerablemente, debido a que los instrumentos tienen caractersticas regidos por la fsica, por ejemplo: absorben energa del proceso y esta transferencia requiere cierto tiempo para ser transmitida, lo cual da lugar a retardos en la lectura del aparato.

Siempre que las condiciones sean dinmicas, existir en mayor o menor grado el llamado error dinmico (diferencia entre el valor instantneo de la variable y el indicado por el instrumento).

El error medio del instrumento, es la media aritmtica de los errores en cada punto de la medicin para todos los valores crecientes y decrecientes de la variable medida.

Error = Valor ledo en el instrumento Valor ideal de la variable leda.

El error absoluto es:Error Absoluto = Valor ledo Valor verdadero

El error relativo representa la calidad de la medida y es: Error absolutoError relativo = Valor verdadero

INCERTIDUMBRE DE LA MEDIDA (UNCERTAINTY): Cuando se realiza una calibracin, se compara el instrumento a calibrar con un aparato patrn, para averiguar si el error (diferencia del valor ledo por el instrumento y el verdadero valor medido con el aparato patrn) se encuentra dentro de la tolerancia permitida por el fabricante.

El aparato patrn no permite medir exactamente el valor verdadero (tambin tiene un error) y adems en la operacin de comparacin intervienen diversas fuentes de error; por consiguiente, no es posible caracterizar la medida por un valor nico, lo que da lugar a la incertidumbre de la medida.

Influencia por las condiciones ambientales.Diferentes lecturas realizadas por los operadores, al utilizar instrumentos analgicos.Valores inexactos de los instrumentos patrn.Muestra del producto no representativa. Por ejemplo, al tomar la temperatura con un termmetro patrn de vidrio, la masa del bulbo modifica la temperatura de la muestra que se desea medir.

INCERTIDUMBRE: Es la dispersin de los valores que pueden ser atribuidos al verdadero valor de la magnitud medida.

En el clculo de la incertidumbre, intervien la distribucin estadstica de los resultados de una serie de mediciones y la caracterstica del equipo.

EXACTITUD (ACCURACY): La exactitud es la cualidad del instrumento de medida que tiende a dar lecturas prximas al valor verdadero de la magnitud medida.

En otras palabras, es el grado de conformidad de un valor indicado en comparacin a un valor estndar aceptado o valor ideal, considerando este valor ideal como si fuera el verdadero. El grado de conformidad independiente, es la desviacin mxima entre la curva de calibracin de un instrumento y una curva caracterstica especificada, posicionada de tal modo que se reduce al mnimo dicha desviacin mxima.

PRECISIN: Es la cualidad de un instrumento por la que tiende a dar lecturas muy prximas unas a otras, es decir, es el grado de dispersin de las mismas. Un instrumento puede tener una pobre exactitud, pero una gran precisin.

Por lo tanto, los instrumentos estarn diseados por los fabricantes para que sean precisos, y como peridicamente se descalibran, deben reajustarse para que sean exactos.

CONCLUSIN

Exactitud: Esta caracterizada como la diferencia entre el valor promedio de las mediciones y el valor de referencia (esto es bias). Para corregir el bias es necesario calibrar el instrumento.

Precisin: Esta caracterizada en trminos de la desviacin estndar de las mediciones.

ZONA MUERTA (DEAD ZONE O DEAD BAND): Es el campo de valores de la variable, que no hace variar la indicacin o la seal de salida del instrumento; es decir, que no produce cambio.

SENSIBILIDAD (SENSITIVITY): Es la razn del incremento de la lectura y el incremento de la variable que lo ocasiona, despus de haberse alcanzado el estado de reposo. Esta dado en porcentaje del alcance de la medida.

Ejemplo:

Un transmisor electrnico de 0-10 bar, la presin pasa de 5 a 5.5 bar y la seal de salida de 11.9 a 12.3 mA c.c. la sensibilidad es el cociente:

(12.3 11.9mA) / (20 4mA) = 0.5mA/bar (5.5 5bar) / (10 0bar)

REPETIBILIDAD (REPEATIBILITY): La repetibilidad es la capacidad de reproduccin de las posiciones de la pluma, del ndice o de la seal de salida del instrumento, al medir repetidamente valores idnticos de la variable en las mismas condiciones de servicio y en el mismo sentido de variacin, recorriendo todo el campo.

Para determinarla, el fabricante comprueba la diferencia entre el valor verdadero de la variable y la indicacin o seal de salida del instrumento recorriendo todo el campo, y partiendo, para cada determinacin, desde el valor mnimo del campo de medida.

HISTRESIS: Es la diferencia mxima que se observa en los valores indicados por el ndice o pluma del instrumento o la seal de salida para el mismo valor cualquiera del campo de medida, cuando la variable recorre toda la escala en los dos sentidos, ascendente y descendente.

Hay que sealar que el termino zona muerta esta incluido dentro de la histresis.

DERIVA: Es una variacin en la seal de salida que se presenta en un periodo de tiempo determinado mientras se mantienen constantes la variable medida y todas las condiciones ambientales.

FIABILIDAD: Medida de la probabilidad de que un instrumento contine comportndose dentro de los limites especficos de error a lo largo de un tiempo determinado y bajo condiciones especificadas.

RESOLUCIN: Magnitud de los cambios en escaln de la seal de salida (expresados en tanto porciento de la salida de toda la escala) al ir variando continuamente la medida en todo el campo.

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

RUIDO: Cualquier perturbacin elctrica o seal accidental no deseada que modifica la transmisin, indicacin o registro de los datos deseados.

LINEALIDAD: La aproximacin de una curva de calibracin a una lnea recta especificada.

VIDA TIL DE SERVICIO: Tiempo mnimo especificado durante el cual se aplican las caractersticas de servicio continuo e intermitente del instrumento sin que se presenten cambios en su comportamiento mas all de tolerancias especificadas.RESPUESTA A LA FRECUENCIA: Variacin con la frecuencia de la relacin de amplitudes seal de salida/variable medida (y de la diferencia de fases entre salida y la variable medida) para una variacin senoidal aplicada a un instrumento dentro de un campo establecido de frecuencias de la variable medida.

Los instrumentos de medicin y de control son relativamente complejos y su funcin puede comprenderse bien si estn incluidos dentro de una clasificacin adecuada. Se consideraran dos clasificaciones bsicas

Relacionada con la funcin del instrumento.

Relacionada con la variable del proceso.

INSTRUMENTOS CIEGOS: Son aquellos que no tienen indicacin visible de la variable (normalmente instrumentos de alarma).

Ejemplo: presostatos y termostatos.

INSTRUMENTOS INDICADORES: Disponen de un ndice y de una escala graduada en la que puede leerse el valor de la variable.

INSTRUMENTOS REGISTRADORES: Registran con trazo continuo o a puntos la variable y pueden ser circulares o de grfico rectangular o alargado segn sea la forma del grfico.

SENSORES: Captan el valor de la variable y proceso y envan una seal de salida predeterminada. El sensor puede formar parte de otro instrumento, (por ejemplo, un transmisor) o bien puede estar separado.

ELEMENTOS PRIMARIOS: Estn en contacto con la variable y utilizan o absorben energa del medio controlado para dar al sistema de medicin una indicacin en respuesta a la variacin de la variable controlada.

TRANSMISORES: Captan la variable de proceso a travs del elemento primario y la transmiten a distancia en forma de seal neumtica de margen 3 a 15 psi o electrnica de 4 a 20 mA de CD. En unidades mtricas es 0.2 a 1 bar para seales neumticas y electrnicas de 1 a 5 mA, de 10 a 50 mA o 0 a 20 mA. Aunque la seal normalizada es 4 a 20 mA.

La seal digital es la mas ampliamente utilizada y es apta directamente para las comunicaciones.

CONTROLADORES: Comparan la variable controlada con un valor deseado y ejercen una accin correctiva de acuerdo con la desviacin.

ELEMENTO FINAL DE CONTROL: Recibe la seal del controlador y modifica su posicin variando el caudal del fluido o agente de control.

CaudalNivelPresinTemperaturadensidad y peso especificohumedad y punto de rocoViscosidad

VelocidadpHConductividadFrecuenciaFuerzaTurbidez

Esta clasificacin corresponde especficamente al tipo de las seales medidas siendo independiente del sistema empleado en la conversin de la seal de proceso.De acuerdo con la variable del proceso, los instrumentos se dividen en:

Los instrumentos se consideran instrumentos de campo y de panel. La primera designacin incluye los instrumentos locales situados en el proceso o en sus proximidades. Mientras que la segunda, se refiere a los instrumentos montados en paneles, gabinetes o estaciones de operacin situados en zonas aisladas o en zonas del proceso.

Para designar y representar los instrumentos de medicin y control se emplean normas muy variadas que a veces varan de industria en industria. Esta gran variedad de normas y sistemas utilizados en las organizaciones industriales indica la necesidad universal de una normalizacin en este campo. Varias sociedades han dirigido sus esfuerzos en este sentido y entre ellas se encuentra como una de las importantes la ISA sociedad de Instrumentos de Estados Unidos, DIN Alemania.

En cualquier proceso, las variables fsicas debern ser medidas y controladas, con el objetivo de obtener un producto de la mas alta calidad y a los mas bajos precios posibles.Es por lo anterior que surge la necesidad de instrumentar nuestro proceso, sin embargo y ante la posibilidad de que el que hace los diagramas no sea quien los ejecute, estos se debern hacer mediante un estndar que permita a cualquiera que vea estos planos los entienda.

La Sociedad de Instrumentistas de Amrica ( ISA, por sus Siglas en Ingls ), ha desarrollado una Serie de Estndares para la Documentacin e Identificacin de Aplicaciones de Instrumentacin y Control de Procesos.

El Estndar ISA-S5.1-1981, Instruments Symbols and Identificacin proporciona la Referencia ms utilizada y completa para la Descripcin de las Variables de Proceso y su Medicin.

El propsito de este Estndar es establecer un medio uniforme para identificar Instrumentos y Sistemas de Instrumentacin utilizados para la Medicin y el Control. Para este fin, este sistema incluye Smbolos y un Cdigo de Identificacin.

LAZO: Combinacin de uno o mas elementos interconectados, para medir, indicar o controlar una o mas variables de proceso.

A un instrumento generalmente se le asigna un TAG.

TAG: Conjunto nico de letras y dgitos que identifican a cada elemento funcional de un lazo.

La identificacin funcional de un instrumento consiste de letras de la Tabla 1 e incluye una Primera Letra que aplique a la Variable Medida, y una o ms letras adicionales que describan las funciones del Instrumento individual.

Como excepcin de esta regla, se utiliza una letra L sola que denota una lmpara piloto que no es parte de un lazo de instrumentos.

La identificacin funcional de un instrumento deber ser de acuerdo a la funcin y no de acuerdo con la construccin. As un registrador para medir flujo deber ser identificado como FR.

El nmero de letras funcionales agrupadas por instrumento deber mantenerse a un mnimo de acuerdo con el juico del usuario. El nmero total de letras dentro de un grupo no deber exceder de CUATRO.