Estudio de las caractersticas estticas y dinmicas de la instrumentacin

John Jairo Castro Maldonado

Herney Gonzalez Sepulveda

Universidad de Pamplona

Facultad de Arquitectura e Ingeniera

Maestra en Controles Industriales

Estudio de las caractersticas estticas y dinmicas de la instrumentacin

John Jairo Castro Maldonado

Herney Gonzalez Sepulveda

Presentado a:

Ph.D Rocco Tarantino Alvarado

Asignatura:

Instrumentacin Industrial

Universidad de Pamplona

Facultad de Arquitectura e Ingeniera

Maestra en Controles Industrial

Contenido

Introduccin ....................................................................................................................... - 1 -

Marco Terico ................................................................................................................... - 2 -

Sensibilidad ....................................................................................................................... - 7 -

Rango ................................................................................................................................. - 8 -

Alcance .............................................................................................................................. - 9 -

Precisin ............................................................................................................................ - 9 -

Exactitud .......................................................................................................................... - 10 -

Zona muerta ..................................................................................................................... - 11 -

Histresis ......................................................................................................................... - 11 -

Confiabilidad ................................................................................................................... - 12 -

Resolucin ....................................................................................................................... - 14 -

Clasificacin de rea ........................................................................................................ - 16 -

Equipos Intrnsecamente seguros .................................................................................... - 20 -

Obsolescencia .................................................................................................................. - 21 -

Agotamiento de la vida til ............................................................................................. - 24 -

Resistencia a los impactos ............................................................................................... - 26 -

Patrn de fallas ................................................................................................................ - 27 -

Proteccin contra EMI (Interferencia Electromagntica) ................................................ - 32 -

Constante de Tiempo ....................................................................................................... - 46 -

Tiempo de Respuesta ....................................................................................................... - 48 -

Conclusiones .................................................................................................................... - 49 -

Referencias ...................................................................................................................... - 50 -

Listas de figuras

Fig 1 Componentes de un proceso Fuente: Propia ............................................................ - 2 -

Fig 2 Control en lazo abierto Fuente: Propia ..................................................................... - 4 -

Fig 3 Control en lazo Cerrado Fuente: Propia ................................................................... - 5 -

Fig 4 Definiciones de los instrumentos Fuente: (Creus, 2013) ......................................... - 7 -

Fig 5 Sensibilidad Fuente: Propia ...................................................................................... - 8 -

Fig 6 Manovacuometro Fuente: http://www.ita.upv.es/ventas/doc_prods/previews/18.pdf - 8

-

Fig 7 Relacin entre exactitud y precisin Fuente: (Creus, 2010) .................................. - 10 -

Fig 8 Interpretacin de un coeficiente de confiabilidad Fuente: http://www.tecnicas-de-

estudio.org/investigacion/investigacion46.htm ............................................................... - 12 -

Fig 9 Esquema del procedimiento de mitades partidas Fuente: http://www.tecnicas-de-

estudio.org/investigacion/investigacion46.htm ............................................................... - 14 -

Fig 10 Definicin de no linealidad Fuente: Instrumentacin electrnica UNET 2009 ... - 15 -

Fig 11 Patrones de falla Fuente: (Benoit, 2011) .............................................................. - 27 -

Fig 12 Intervalo P-F Fuente: (Benoit, 2011) ................................................................... - 31 -

Fig 13 Composicin de Armnicas y transientes Fuente: ............................................... - 33 -

Fig 14 Errores y tiempo de Transferencia Fuente: .......................................................... - 34 -

Fig 15 Tipos de Blindaje Fuente: UPM ........................................................................... - 35 -

Fig 16 Onda transmitida, reflejada, rerreflejada y absorbida Fuente: UPM.................... - 36 -

orcin en funcin de f Fuente: UPM .................... - 37 -

Fig 18 Factor de Correccin Fuente: UPM ..................................................................... - 37 -

Fig 19 Prdidas por Reflexin Fuente: UPM .................................................................. - 38 -

Fig 20 Perdidas por reflexin curvas caractersticas Fuente: UPM................................. - 38 -

Fig 21 Efecto de las aperturas y efectividad de los blindajes Fuente: UPM ................... - 40 -

Fig 22 Blindajes Trenzados Fuente: UPM ...................................................................... - 41 -

Fig 23 Blindajes de forma Espiral Fuente: UPM ............................................................ - 42 -

Fig 24 Blindajes laminados Fuente: UPM ....................................................................... - 42 -

Fig 25 Blindajes Combinados Fuente: UPM ................................................................... - 43 -

Fig 26 Prueba de Zumbido Fuente: UPM ........................................................................ - 44 -

Fig 27 Prueba de la impedancia de transferencia Fuente: UPM...................................... - 44 -

Fig 28 Constante de Tiempo Fuente: (Ogata, 2003) ....................................................... - 47 -

Fig 29 Tiempo de respuesta Fuente: (Ogata, 2003)......................................................... - 48 -

Lista de Tablas

Tabla 1Basada en el Cdigo Elctrico Nacional (NEC) ART. 500. NFPA 70 ............... - 18 -

Tabla 2 Clasificacin de reas segn su temperatura de Ignicin Fuente: Cdigo Elctrico

Nacional (NEC) ART. 500. NFPA 70 (NEC, 2004) ....................................................... - 19 -

Tabla 3 Ejemplo de aplicacin del clculo de la vida til Fuente: (Torres, 2007) .......... - 25 -

Tabla 4 Grados de Proteccin a impactos IK Fuente: UNE-EN 50102 .......................... - 27 -

- 1 -

Introduccin

Cuando uno mira a su alrededor percibe que los instrumentos de medida estn en todas partes.

El ms ubicuo es el reloj, pero en las calles abundan los termmetros y los salpicaderos de

los coches estn llenos de indicadores: velocidad, revoluciones, nivel de gasolina, etc. El

comn de los mortales est familiarizado con los indicadores que constituyen el extremo

visible de la cadena de medida, como quien dice la punta del iceberg. Poca gente conoce, ni

siquiera a grandes rasgos, el funcionamiento interno de un sistema o aparato de medida.

Aunque el saber no ocupa lugar, un usuario ordinario no tiene porqu conocer como funciona

por dentro un aparato, siempre que ese conocimiento no sea preciso para poder hacer un uso

adecuado del mismo. Este es el caso de aparatos cerrados, cuyo correcto funcionamiento est certificado por el fabricante o por una empresa que realiza el mantenimiento y calibrado

del mismo. Este es el caso de los instrumentos de un coche, de la balanza electrnica de un

supermercado o del medidor de un surtidor de gasolina. Sin embargo, un ingeniero de

materiales, igual que otros profesionales, debe conocer algo ms acerca de como funcionan

los sistemas de medida que se utilizan en la caracterizacin de los materiales y en los procesos

de fabricacin de los mismos, tanto para poder juzgar lo adecuado de los sistemas utilizados

por otros, como para poder seleccionar un sistema adecuado de medida para un uso particular.

Denominaremos instrumentacin al conjunto de instrumentos que hacen posible la medida

de una variable fsica particular y, por extensin, tambin al conjunto de instrumentos de

medida que permite seguir la evolucin de un sistema fsico, cualquiera que sea el nmero

de variables fsicas involucradas. Denominaremos tambin instrumentacin a la disciplina

que estudia las tcnicas de disear, construir y utilizar correctamente los sistemas de medida.

En este curso introductorio vamos a ceirnos a los conceptos mnimos necesarios para

comprender el funcionamiento de los sistemas elctricos o electrnicos de medida a efectos,

fundamentalmente, de poder utilizarlos correctamente. En este captulo se describen los

aspectos ms generales de un sistema de medida, sus componentes y propiedades

estticas.(Planas, 2000)

- 2 -

Marco Terico

Definicin de proceso

Se entiende por proceso a todo desarrollo sistemtico que conlleva una serie de pasos

ordenados, los cuales se encuentran estrechamente relacionados entre s y cuyo propsito es

llegar a un resultado preciso, de forma general el desarrollo de un proceso conlleva una

evolucin en el estado del elemento sobre el que se est aplicando dicho tratamiento hasta

que este desarrollo llega a su fin. En este sentido, la industria se encarga de definir y ejecutar

el conjunto de operaciones materiales diseadas para la obtencin, transformacin o

transporte de uno o varios productos naturales.

Proceso industrial

El objeto de todo proceso industrial ser la obtencin de un producto final, de unas

caractersticas determinadas de forma que cumpla con las especificaciones y niveles de

calidad exigidos por el mercado, cada da ms restrictivos. Esta constancia en las propiedades

del producto slo ser posible gracias a un control exhaustivo de las condiciones de

operacin, ya que tanto la alimentacin al proceso como las condiciones del entorno son

variables en el tiempo. La misin del sistema de control de proceso ser corregir las

desviaciones surgidas en las variables de proceso respecto de unos valores determinados, que

se consideran ptimos para conseguir las propiedades requeridas en el producto producido.

El sistema de control nos permitir una operacin del proceso ms fiable y sencilla, al

encargarse de obtener unas condiciones de operacin estables, y corregir toda desviacin que

se pudiera producir en ellas respecto a los valores de ajuste.

Las principales caractersticas que se deben buscar en un sistema de control sern:

1. Mantener el sistema estable, independiente de perturbaciones y desajustes.

2. Conseguir las condiciones de operacin objetivo de forma rpida y continua.

3. Trabajar correctamente bajo un amplio abanico de condiciones operativas.

4. Manejar las restricciones de equipo y proceso de forma precisa.

Componentes de un proceso

En todo proceso se presenta una causa y un efecto (causalidad) como se puede observar en

la figura 1, las causas representan las variables de entradas y los efectos son aquellos que

genera el proceso como respuesta a las variables de entrada.

Fig 1 Componentes de un proceso Fuente: Propia

- 3 -

Variables.

Las entradas y salidas de un proceso son denominadas variables, debido a que estn

interrelacionadas con el mismo en una forma esttica y/o dinmica. Para nuestros fines es

importante clasificar los diferentes tipos de variables que intervienen en un proceso, estas

son: variables manipuladas, variables controladas, variables no controladas y perturbaciones,

como se observa en la figura 1.2, en la cual se utiliza como ejemplo una columna de

destilacin.

Variables manipuladas:

Variables que nosotros podemos cambiar o mover para garantizar que la variable controlada

presente el valor deseado.

Variables controladas:

Variables que queremos controlar, bien sea tratando de mantenerlas constantes (Control

Regulatorio) o tratando de seguir alguna trayectoria deseada, ejemplos de estas pueden ser,

flujos, composiciones, temperaturas, presin, nivel, etc.

Variables no controladas:

Son aquellas variables sobre las cuales no se ejerce control, en algunos casos estas variables

no afectan o no ejercen ningn efecto sobre el proceso.

Perturbaciones:

Flujos, temperaturas, composiciones que entran al proceso (pueden ser de salida algunas

veces). No todo el tiempo pueden ser medidas, pero el sistema de control debe ser capaz de

regular el proceso en presencia de ellas (premisa que en algunas ocasiones no se logra), tales

como temperaturas, presin, concentracin, etc.

Componentes bsicos de un sistema de control.

En los procesos industriales encontramos ciertas convenciones y arreglos en los sistemas de

control as como la distribucin de dispositivos de medidas y funciones de control en varias

piezas de hardware.

Elemento primario de medida (Sensores):

Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes fsicas o qumicas, llamadas

variables de instrumentacin, y transformarlas en variables elctricas. Las variables de

instrumentacin pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumnica, distancia,

aceleracin, inclinacin, desplazamiento, presin, fuerza, torsin, humedad, movimiento,

pH, etc. Una magnitud elctrica puede ser una resistencia elctrica (como en una RTD),

una capacidad elctrica (como en un sensor de humedad), una Tensin elctrica (como en

un termopar), una corriente elctrica (como en un fototransistor), etc.

Transmisores:

- 4 -

Los transmisores son dispositivos que se conectan al elemento primario en algunos casos se

encuentra integrado al sensor, el mismo produce la seal para la transmisin. Ellos presentan

una constante de tiempo y un tiempo muerto, que depende del tipo de transmisor y de la

variable que est midiendo. En el caso de los transmisores neumticos la seal transmitida es

de 3 a 15 psi, y en el caso de los transmisores electrnicos dicha seal es de 4 a 20 mA.

Controlador:

Es el encargado de decidir el tipo de accin sobre el elemento final de control. El controlador

tiene dos funciones esenciales:

Comparar la variable medida con la de referencia deseada (punto de operacin o Set Point), para determinar el error que existe entre ellas.

Enviar una seal al elemento final de control con el objeto de modificar su accin en el sentido adecuado para reducir el error.

Elemento final de control (Actuador):

Un elemento final de control es un mecanismo que artera el valor de variable manipulada en

respuesta a una seal de salida des el dispositivo automtico; tpicamente recibe una seal

del controlador y manipula un flujo de material o energa para el proceso. El elemento final

puede ser una vlvula de control, variadores de frecuencia y motores elctricos, una

servovlvula, un rel, elementos calefactores de carcter elctricos o un amortiguador.

Automatizacin:

La automatizacin es la sustitucin de la accin humana por mecanismos, movidos por una

fuente de energa exterior, capaces de realizar ciclos completos de operaciones que se pueden

repetir indefinidamente.

Tipos de controles de un proceso:

Control en lazo abierto:

Las seales de mando son independientes de los rganos receptores

Fig 2 Control en lazo abierto Fuente: Propia

El sistema de control no recibe informacin del comportamiento del proceso

- 5 -

Control en lazo cerrado:

Las seales de mando dependen de los rganos receptores

Fig 3 Control en lazo Cerrado Fuente: Propia

Existe una realimentacin a travs de los sensores al sistema de control

Tipos de procesos industriales

Existen varios tipos de clasificacin, sin embargo la que se utiliza con mayor frecuencia son

las unidades de operacin continuas, discontinuas, por lotes y discretas.

Procesos continuos

Un proceso continuo se caracteriza porque las materias primas estn constantemente por un

extremo del sistema, mientras el otro extremo se obtiene de forma continua un producto

terminado.

Caractersticas propias de los sistemas continuos:

o El proceso se realiza durante un tiempo relativamente largo.

o Las variables empleadas en el proceso y sistemas de control son de tipo analgico;

dentro de unos lmites determinados las variables pueden tomar infinitos valores.

Procesos discontinuos

Son lo mismo que las operaciones continuas excepto que con frecuencia se cambia de un

producto a otro. Esto implica que en ocasiones se realicen paros y arranques en intervalos

frecuentes, o cambiar de una condicin de operacin a otra con el fin de realizar un producto

similar.

Procesos por lotes

Adems de correr de manera discontinua, son diferentes en el sentido en que el

Procesamiento se realiza siguiendo una secuencia especfica. La materia prima se mezcla

toda junta y luego se procesa en una trayectoria especfica bajo ciertas condiciones de

operacin como temperatura, presin, densidad, viscosidad, etc. En algunas ocasiones se

usan aditivos adicionales en diferentes momentos en el ciclo de procesamiento.

- 6 -

Los Procesos discretos

Son aquellos en las que se produce un producto a la vez, como los automviles, aviones,

barcos, etc. Estos procesos utilizan una lnea de ensamblaje donde el producto se mueve a

travs de las diferentes unidades de operacin o el producto puede permanecer de manera

estacionaria con diferentes procesos en un mismo lugar. Los productos pueden ser fabricados

uno a la vez o en grandes cantidades en una lnea de produccin masiva.

- 7 -

ESTUDIO DE LAS CARACTERISITICAS ESTATICAS Y DINAMICAS DE LA

INSTRUMENTACIN

Sensibilidad

La sensibilidad es la razn entre el incremento de la seal de salida o de la lectura y el

incremento de la variable que lo ocasiona, despus de haberse alcanzado el estado de reposo.

Por ejemplo, si en 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 11.09)

(20 4)(5.5 5)

10

= 0.5mA c. c/bar

Viene dada en tanto por ciento del alcance de la medida. Si la sensibilidad del instrumento

de temperatura de la figura 4 es de 0,05%, su valor ser de 0,05 200 = 0,1 C. Hay que

sealar que no debe confundirse la sensibilidad con el trmino de zona muerta; son

definiciones bsicamente distintas que antes era fcil confundir cuando la definicin inicial

de la sensibilidad era valor mnimo en que se ha de modificar la variable para apreciar un cambio medible en el ndice o en la pluma de registro de los instrumentos. (Creus, 2013)

Fig 4 Definiciones de los instrumentos Fuente: (Creus, 2013)

- 8 -

Fig 5 Sensibilidad Fuente: Propia

Rango

Se entiende por campo o rango de medida el conjunto de valores de la variable a medir

comprendida dentro de la capacidad de medicin y transmisin del instrumento; es decir, los

valores para los cuales el aparato proporciona una lectura fiable. El campo de medicin de

un aparato suele definirse estableciendo los lmites superiores e inferior del rango de

medicin posible. A modo de ejemplo en la figura 6 se recoge un manovacumetro de agua,

en el cual puede apreciarse como su rango de medicin es:

Fig 6 Manovacuometro Fuente: http://www.ita.upv.es/ventas/doc_prods/previews/18.pdf

El campo de medida (range) es el espectro o conjunto de valores de la variable medida que

estn comprendidos dentro de los lmites superior e inferior de la capacidad de medida, de

recepcin o de transmisin del instrumento. Viene expresado estableciendo los dos valores

extremos.

- 9 -

Ejemplo: un manmetro de intervalo de medida 0- 10 bar, un transmisor de presin

electrnico de 0-25 bar con seal de salida 4-20 mA c.c. o un instrumento de temperatura de

100-300 C.

Otro trmino derivado es el de dinmica de medida o rangeabilidad (rangeability), que es el

cociente entre el valor de medida superior e inferior de un instrumento. Por ejemplo, una

vlvula de control lineal que regule linealmente el caudal desde el 2% hasta el 100% de su

carrera tendr una rangeabilidad de 100/2 = 50. (Creus, 2010)

Alcance

El alcance (span) es la diferencia algebraica entre los valores superior e inferior del campo

de medida del instrumento. Para el manmetro de 0-10 bar es de 10 bar, de 25 bar para el

transmisor de presin de 0-25 bar y de 200 C para el instrumento de temperatura de 100-

300C.(Creus, 2010)

Precisin

La precisin (precision) 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 ejemplo, un manmetro de

intervalo de medida de 0 a 10 bar, puede tener un error de cero considerable marcando 2 bar

sin presin en el proceso y diversas lecturas de 7,049; 7,05; 7,051;7,052 efectuadas a lo largo

del tiempo y en las mismas condiciones de servicio, para una presin del proceso de 5 bar.

Tendr un error prctico de 2 bar, pero los valores ledos estarn muy prximos entre s con

una muy pequea dispersin mxima de 7,052 - 7,049 = 0,003, es decir, el instrumento tendr

una gran precisin.

Por lo tanto, los instrumentos de medida estarn diseados por los fabricantes para que sean

precisos, y como peridicamente se descalibran, deben reajustarse para que sean exactos. A

sealar que el trmino precisin es sinnimo de repetitividad. (Creus, 2010)

- 10 -

Exactitud

La exactitud (accuracy) es la cualidad de un instrumento de medida por la 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 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 tal que se reduce

al mnimo dicha desviacin mxima.

La exactitud (accuracy) define los lmites de los errores cometidos cuando el instrumento se

emplea en condiciones normales de servicio durante un perodo de tiempo determinado

(normalmente1 ao). La exactitud se da en trminos de inexactitud, es decir, un instrumento

de temperatura de 0-100 C con temperatura del proceso de 100 C y que marca 99,98 C se

aproxima al valor real en 0,02 C, o sea tiene una inexactitud de 0,02 C. Hay varias formas

para expresar la exactitud:

a) Tanto por ciento del alcance, campo de medida (range). Ejemplo: en el instrumento de

temperatura de la figura 1, para una lectura de 150 C y una exactitud de 0,5%, el valor

real de la temperatura estar comprendido entre 150 0,5 200/100 = 150 1, es decir,

entre 149 C y 151 C.

b) Directamente, en unidades de la variable medida. Ejemplo: exactitud 1 C.

c) Tanto por ciento de la lectura efectuada. Ejemplo: exactitud de 1% de 150 C, es decir,

1,5 C.

d) Tanto por ciento del valor mximo del campo de medida. Ejemplo: exactitud 0,5% de

300 C= 1,5 C.

Fig 7 Relacin entre exactitud y precisin Fuente: (Creus, 2010)

- 11 -

e) Tanto por ciento de la longitud de la escala. Ejemplo: si la longitud de la escala del

instrumento de la figura 1 es de 150 mm, la exactitud de 0,5% representar 0,75 mm en

la escala.

La exactitud vara en cada punto del campo de medida s bien, el fabricante la especfica, en

todo el margen del instrumento, indicando a veces su valor en algunas zonas de la escala. Por

ejemplo: un manmetro puede tener una exactitud de 1% en toda la escala y de 0,5% en

la zona central.

Cuando se desea obtener la mxima exactitud del instrumento en un punto determinado de la

escala, puede calibrarse nicamente para este punto de trabajo, sin considerar los valores

restantes del campo de medida. Por ejemplo: un termmetro de 0-150 C y de 1% de

exactitud situado en un bao de temperatura constante a 80 C, puede ser calibrado a este

valor, de modo que su exactitud en este punto de trabajo ser la mxima que se pueda obtener

con un termmetro patrn. Es obvio que para los valores restantes, en particular los

correspondientes a los extremos de la escala, la exactitud se apartar de 1%.

Hay que sealar que los valores de la exactitud de un instrumento se consideran, en general,

establecidos para el usuario, es decir, son los proporcionados por los fabricantes de los

instrumentos. Sin embargo, estos ltimos tambin suelen considerar los valores de

calibracin en fbrica y de inspeccin.

Por ejemplo, un instrumento que en fbrica tiene una exactitud de calibracin de 0,8%, en

inspeccin le corresponde 0,9% y la dada al usuario es 1%

Con ello, se pretende tener un margen de seguridad para compensar los efectos de las

diferencias de apreciacin de las personas que efectan la calibracin, las diferentes

exactitudes de los instrumentos de medida utilizados, las posibles alteraciones debidas al

desplazamiento del instrumento de un punto a otro, los efectos ambientales y de

envejecimiento, etc.

Zona muerta

La 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 su respuesta.

Viene dada en tanto por ciento del alcance de la medida. Por ejemplo: en el instrumento de

la figura 1 es de

0,1%, es decir, de 0,1 200/100 = 0,2 C.

Histresis

La histresis (hysteresis) es la diferencia mxima que se observa en los valores indicados por

el ndice o la 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.

- 12 -

Se expresa en tanto por ciento del alcance de la medida. Por ejemplo: si en un termmetro de

0-100%, para el valor de la variable de 40 C, la aguja marca 39,9 C al subir la temperatura

desde 0 C, e indica 40,1 C al bajar la temperatura desde 100 C, el valor de la histresis es

de:

40.1 39.9

100 0 100 = +0.2%

En la figura 1. Pueden verse las curvas de histresis que estn dibujadas exageradamente para

apreciar bien su forma. Hay que sealar que el trmino zona muerta est incluido dentro

de la histresis.

Confiabilidad

La confiabilidad de un sistema o un equipo, es la probabilidad que dicha entidad pueda operar

durante un determinado periodo de tiempo sin prdida de su funcin. El fin ltimo del

Anlisis de confiabilidad de los activos fsicos es cambiar las actividades reactiva y

correctivas, no programadas y altamente costosas, por acciones preventivas planeadas que

dependan de anlisis objetivos, situacin actual e historial de equipos y permitan un adecuado

control de costos. (Espinosa fuentes, n.d.)

Existen diversos procedimientos para calcular la confiabilidad de un instrumento de

medicin. Todos utilizan frmulas que producen coeficientes de confiabilidad. Estos

coeficientes pueden oscilar entre O y 1. Donde un coeficiente de O significa nula

confiabilidad y 1 representa un mximo de confiabilidad (confiabilidad total). Entre ms se

acerque el coeficiente a cero (0), hay mayor error en la medicin. Esto se ilustra en la figura

4.

Fig 8 Interpretacin de un coeficiente de confiabilidad Fuente: http://www.tecnicas-de-

estudio.org/investigacion/investigacion46.htm

Los procedimientos ms utilizados para determinar la confiabilidad mediante un coeficiente

son:

1. Medida de estabilidad (confiabilidad por test-retest). En este procedimiento un mismo

instrumento de medicin (o tems o indicadores) es aplicado dos o ms veces a un mismo

grupo de personas, despus de un periodo de tiempo. Si la correlacin entre los resultados de

las diferentes aplicaciones es altamente positiva, el instrumento se considera confiable. Se

- 13 -

trata de una especie de diseo panel. Desde luego, el periodo de tiempo entre las mediciones

es un factor a considerar. Si el periodo es largo y la variable susceptible de cambios, ello

puede confundir la interpretacin del coeficiente de confiabilidad obtenido por este

procedimiento. Y si el periodo es corto las personas pueden recordar cmo contestaron en la

primera aplicacin del instrumento, para aparecer como ms consistentes de lo que son en

realidad (Bohrnstedt, 1976).

2. Mtodo de formas alternativas o paralelas. En este procedimiento no se administra el

mismo instrumento de medicin, sino dos o ms versiones equi-valentes de ste. Las

versiones son similares en contenido, instrucciones, duracin y otras caractersticas. Las

versiones generalmente dos son admi-nistradas a un mismo grupo de personas dentro

de un periodo de tiempo relativamente corto. El instrumento es confiable si la correlacin

entre los resultados de ambas administraciones es significativamente positiva. Los patrones

de respuesta deben variar poco entre las aplicaciones.

3. Mtodo de mitades partidas (split-halves). Los procedimientos anteriores (me-dida

de estabilidad y mtodo de formas alternas), requieren cuando menos dos administraciones

de la medicin en el mismo grupo de individuos. En cambio, el mtodo de mitades-partidas

requiere slo una aplicacin de la medicin. Especficamente, el conjunto total de tems (o

componentes) es dividido en dos mitades y las puntuaciones o resultados de ambas son

comparados. Si el instrumento es confiable, las puntuaciones de ambas mitades deben estar

fuertemente correlacionadas. Un individuo con baja puntuacin en una mitad, tender a tener

tambin una baja puntuacin en la otra mitad. El procedimiento se diagrama en la figura 5.

La confiabilidad vara de acuerdo al nmero de tems que incluya el instrumento de medicin.

Cuantos ms tems la confiabilidad aumenta (desde luego, que se refieran a la misma

variable). Esto resulta lgico, vemoslo con un ejemplo cotidiano: Si se desea probar qu tan

confiable o consistente es la lealtad de un amigo hacia nuestra persona, cuantas ms pruebas

le pongamos, su confiabilidad ser mayor. Claro est que demasiados tems provocarn

cansancio en el respondiente.

- 14 -

Fig 9 Esquema del procedimiento de mitades partidas Fuente: http://www.tecnicas-de-

estudio.org/investigacion/investigacion46.htm

4. Coeficiente alfa de Cronbach. Este coeficiente desarrollado por J. L. Cronbach requiere

una sola administracin del instrumento de medicin y produce valores que oscilan entre O

y 1. Su ventaja reside en que no es necesario dividir en dos mitades a los tems del

instrumento de medicin, simplemente se aplica la medicin y se calcula el coeficiente.

5. Coeficiente KR-20. Kuder y Richardson (1937) desarrollaron un coeficiente para estimar

la confiabilidad de una medicin, su interpretacin es la misma que la del coeficiente alfa.

Resolucin

Es la menor diferencia de valor que el instrumento puede distinguir. En los instrumentos

analgicos interviene el operador segn donde observe la posicin de la aguja, su error de

paralaje en la lectura efectuada y la distancia entre los valores marcados en la escala.

Por ejemplo, en un indicador de nivel de 0% a 100% graduado cada 1% de la escala, con la

aguja indicadora, que el observador considera en la mitad entre las divisiones 52% y 53%, y

que el afirma que es capaz de discriminar valores del 0,5%, podr considerarse la resolucin

como (0,5/100) = 0,05%.

En los instrumentos digitales, la resolucin es el cambio de valor de la variable que ocasiona

que el dgito menos significativo se modifique. Por ejemplo, un indicador digital de

temperatura en el que se lee 531,01 C, el dgito menos significativo es el ltimo 1.

Luego, si la temperatura aumenta a 531,02 C, la resolucin es de ((531,02 - 531,01)/100) =

0,00001%, lo cual no significa en absoluto que esta sea la exactitud del instrumento.

Resolucin infinita

Capacidad de proporcionar una seal de salida progresiva y continua en todo el campo de

trabajo del instrumento.

- 15 -

Mxima no linealidad porcentual

Un elemento es lineal si los valores correspondientes de I y O estn sobre una lnea recta. La

lnea recta ideal conecta el punto mnimo A(IMIN, OMIN) con el punto mximo B(IMAX, OMAX)

y, por lo tanto, tiene la ecuacin:

1MINMINMAX

MINMAXMIN II

II

OOOO

Entonces la ecuacin de la lnea recta ideal se puede escribir como sigue,

2aKIOIDEAL

MINMIN

MINMAX

MINMAX

KIOidealrectalnealadecinera

II

OOidealrectalnealadependienteK

donde

secint

:

NO LINEALIDAD.- En muchos casos la relacin en lnea recta, definida por las ecuaciones

(1) y (2), no se cumple y se dice que el elemento es no lineal. La no linealidad puede definirse

en trminos de una funcin N(I), que es la diferencia entre el comportamiento de la lnea real

y la lnea recta ideal . Ver figura 6.

Fig 10 Definicin de no linealidad Fuente: Instrumentacin electrnica UNET 2009

La funcin de no linealidad es:

3)()()( aKIIOIN

- 16 -

O tambin

4)()( INaKIIO

La no linealidad se cuantifica mediante el clculo de la no linealidad mxima como

porcentaje de la deflexin a escala completa (d. e. c.), mediante:

5%100

% xOO

NN

MINMAX

Clasificacin de rea

Lugares especficos de una instalacin industrial donde puede existir riesgos de fuego o

explosin, por la presencia de gases, vapores, lquidos, polvos o fibras inflamables.

Existe un potencial riesgo temporal o permanente para la generacin de un incendio o

explosin, debido a la presencia en el ambiente de materiales combustibles o mezclas de

gases, vapores, lquidos, partculas o fibras que puedan causar una ignicin. Estos peligros

pueden estar presentes durante los procesos normales de fabricacin y/o almacenaje, o en

caso de ruptura o avera accidental de los contenedores de almacenaje u operacin anormal

de los equipos.

La palabra AREAS no se refiere a la delimitacin de superficies de una planta o fabrica; sino

a lmites tridimensionales en donde la explosividad de un material, puede estar latente

despus de entrar en contacto con el medio ambiente.

Aplica a sitios donde gases o vapores inflamables, lquidos inflamables o lquidos

combustibles polvos o fibras son procesados o manejados, y cuya liberacin a la atmosfera

puede resultar en su ignicin

No aplica en situaciones que envuelvan fallas catastrficas o descargas catastrficas de

cilindros, lneas, tanques o sistemas (ej. temblores)

No aplica en mezclas enriquecidas con oxgeno o materiales pirofricos (ej. sulfuro de hierro)

Temperatura de autoignicin (AIT)

Es la temperatura mnima requerida para iniciar o causar la combustin auto sostenida de un

slido, lquido o gas independiente del calentamiento o elemento calentado, sin necesidad de

temperatura externa.

Punto de inflamacin (flash point)

Es la temperatura mnima en la cual un lquido desprende vapor en suficiente concentracin,

para formar una mezcla inflamable con el aire cerca de la superficie del lquido, como est

especificado en procedimientos de laboratorio.

- 17 -

El rea peligrosa debe definirse especificando tres caractersticas: Clase (I, II III); Divisin

(1 2) y Grupo (A, B, C, D, E, F G).

La Clase indica la naturaleza genrica del material inflamable:

Clase I

Donde puede haber presencia de gases o vapores inflamables mezclados en el aire en

cantidades suficientes para producir mezclas explosivas o combustibles.

Clase II

Donde puede haber polvos combustibles en cantidades que originen un riesgo.

Estas agrupaciones de polvo estn basadas en el tipo de material: metlico, carbonoso u

orgnico. Un rea pertenece a la divisin 1 2 dependiendo de la cantidad presente de polvo

en el ambiente

Clase III

Donde el material peligroso son fibras o partculas, fcilmente combustibles, y que no estn

normalmente suspendidas en el aire.

reas clasificadas

La Divisin seala la probabilidad de que el material peligroso se Encuentre en

concentraciones inflamables:

Divisin 1

rea donde la probabilidad de que la atmsfera sea peligrosa es alta. Ello puede ser debido

a que existen concentraciones de material inflamable de manera contnua, peridica o

intermitente en condiciones normales de operacin o que los materiales inflamables estn

presentes frecuentemente debido a fugas, reparaciones o mantenimiento de equipos, o donde

una falla pueda producir fuga e ignicin simultneamente.

Divisin 2

rea que puede ser peligrosa bajo condiciones anormales o accidentales. Por ejemplo por

rotura de recipientes, fallas de equipos o paso de material inflamable desde un rea Divisin

1.

Adems la Divisin 2 cubre las reas en donde los gases inflamables, vapores o los lquidos

voltiles se manejan en un sistema cerrado, o se confinan dentro de recintos adecuados.

Tambin donde las concentraciones peligrosas son prevenidas normalmente por ventilacin

mecnica. (NEC, 2004)

- 18 -

Tabla 1Basada en el Cdigo Elctrico Nacional (NEC) ART. 500. NFPA 70

LOS GRUPOS

Los Grupos son una subclasificacin ms especfica sobre la naturaleza de la substancia

peligrosa. Las substancias en un grupo determinado representan riesgos de caractersticas

similares:

Clase I

Gases y vapores:

Grupo A: Acetileno.

Grupo B: Hidrgeno, butadieno, xido de etileno, entre otros.

Grupo C: Etileno, acetaldehdo, monxido de carbono, dietil ter, entre otros.

Grupo D: Gasolina, propano, butano, metano (gas natural), acetona, amonaco, entre otros.

Este es el grupo ms numeroso.

Clase II

Polvos combustibles:

Grupo E: Polvos metlicos como aluminio libre de Cobre y Magnesio.

Grupo F: Polvo carbn, coque y similares.

Grupo G: Harinas, almidones o polvos de granos.

- 19 -

Tabla 2 Clasificacin de reas segn su temperatura de Ignicin Fuente: Cdigo Elctrico Nacional (NEC)

ART. 500. NFPA 70 (NEC, 2004)

reas clasificadas

Clase I:

Son aquellas reas en que el aire contiene o puede contener en suspensin gases, vapores o

lquidos en cantidades que puedan producir mezclas inflamables o explosivas

Divisin 1

Concentraciones peligrosas de gases y vapores inflamables estn expuestos libremente en la

atmsfera, en condiciones normales o anormales de funcionamiento.

Ejemplos de reas Clase I Divisin 1:

Lugares donde se trasvasan lquidos voltiles o gases licuados inflamables.

Trabajos de pintura o rociado con lquidos voltiles.

En tanques o recipientes cerrados a los cuales se transfiera lquidos inflamables, el

espacio alrededor de las vlvulas de alivio o venteo

Planta generadora de gas, en caso de fugas.

Salas de bombeo, con fugas.

- 20 -

Escotillas de medicin de tanques de almacenamiento de crudo.

Cajas de drenajes.

AREAS Clase I Divisin 2

rea donde los lquidos, gases o vapores se encuentran en recipientes, tanques, tuberas,

lneas cerradas, de los cuales pueden salir nicamente por algn accidente, rotura, fugas o

mal funcionamiento del sistema.

Fuentes de ignicin

un equipo elctrico o la falla del mismo puede ser una fuente de ignicin.

llama abierta o superficies calientes que excedan la temperatura de ignicin del gas, vapor o partculas en el aire.

La instalacin elctrica en un rea clasificada debe eliminar el riesgo de inflamacin o explosin. Existen para ello varias metodologas:

previniendo la ignicin (seguridad aumentada, seguridad intrnseca, uso de atmsferas inertes) o permitiendo sta pero contenindola (equipos a prueba de

explosin). (NEC, 2004)

Equipos Intrnsecamente seguros

Equipos incapaces de liberar suficiente energa elctrica o trmica, bajo condiciones

normales o subnormales, que puedan causar ignicin de sustancias inflamables o

combustibles que puedan encontrarse en la atmsfera.

La instalacin de los equipos debe estar de acuerdo con lo especificado en el artculo 504

NFPA 70.(NEC, 2004)

La seguridad intrnseca viene definida por la norma ISA-RP12.06.01-2003 (Part 1: Intrinsic

Safety) como el equipo y cableado que es incapaz de liberar suficiente energa elctrica o

trmica en condiciones normales o anormales, que cause la ignicin de una mezcla

atmosfrica especfica peligrosa, en su concentracin de ms fcil ignicin. Es el sistema

preferido por el ingeniero de instrumentos, ya que presenta las siguientes ventajas con

relacin al material antideflagrante:

a) Es preferible evitar una explosin que contenerla.

b) Los avances en los semiconductores permiten realizar operaciones elctricas complejas en

reas peligrosas a muy baja potencia, del orden de 1 watio.

c) El material antideflagrante slo lo es si est bien mantenido.

d) El material antideflagrante es pesado, macizo y caro de instalar.

- 21 -

e) El material antideflagrante no puede sacarse de su caja a menos que se ponga fuera de

servicio, mientras que el material con seguridad intrnseca, permite la sustitucin de

elementos estndar y la calibracin de los aparatos sin tomar precauciones especiales.

La utilizacin de material antideflagrante y el uso de las restantes tcnicas constituyen,

usualmente, una solucin de compromiso que no es siempre completamente

satisfactoria.(Creus, 2013)

Obsolescencia

Por obsolescencia se entiende:

a) El desuso o falta de adaptacin de un bien a su funcin propia.

b) La inutilidad que pueda preverse como resultado de un cambio de condiciones o

circunstancias fsicas o econmicas que determinen clara y evidentemente la necesidad de

abandonarlo por inadecuado.

El retiro o abandono puede ser inmediato o en una poca anterior al vencimiento de la vida

til probable.

La obsolescencia da lugar a deduccin por cualquiera de los dos siguientes sistemas:

a) Ajustando la vida til con el fin de reducirla al trmino afectado por la obsolescencia y

aplicar la tasa de depreciacin correspondiente.

b) Retirar el activo, tratando la prdida como una deduccin conforme al artculo 148 del

Estatuto Tributario

Los certificados del contador pblico o revisor fiscal de obsolescencia, deben estar

soportados de tal manera que pueda ser aceptado como un gasto deducible.

Es decir, si se determina la obsolescencia de un bien, esta debe estar justificada

adecuadamente, demostrando la necesidad de dar de baja al bien.

(DEDUCCIONESUCO12011, 2015)

As mismo, La obsolescencia es la cada en desuso de las mquinas, equipos y tecnologas

motivada no por un mal funcionamiento del mismo, sino por un insuficiente desempeo de

sus funciones en comparacin con las nuevas mquinas, equipos y tecnologas introducidos

en el mercado.

La obsolescencia puede deberse a diferentes causas, aunque todas ellas con un trasfondo

netamente econmico:

La imposibilidad de encontrar repuestos adecuados, como en el caso de los vehculos

automviles. En este caso, la ausencia de repuestos se debe al encarecimiento de la

produccin al tratarse de series cortas.

- 22 -

La obsolescencia es, tambin, consecuencia directa de las actividades de investigacin y

desarrollo que permiten en tiempo relativamente breve fabricar y construir equipos

mejorados con capacidades superiores a las de los precedentes. El paradigma, en este caso,

lo constituyen los equipos informticos capaces de multiplicar su potencia en cuestin de

meses.

Igualmente se produce en nuevos mercados o tecnologas sustitutivas, en las que la opcin

de los consumidores puede fcilmente polarizarse a favor de una de ellas en detrimento de

las restantes, como en el caso del sistema de vdeo VHS frente al DVD.

Por ltimo, puede ser producto de la estrategia del fabricante en tres formas:

Obsolescencia planificada: cuando, a la hora de crear un producto, se estudia cual es el

tiempo ptimo para que el producto deje de funcionar correctamente y necesite reparaciones

o su sustitucin sin que el consumidor pierda confianza en la marca, y se implementa dicha

obsolescencia en la fabricacin del mismo para que tenga lugar y se gane as ms dinero.

Obsolescencia percibida: cuando crean un producto con un cierto aspecto, y ms adelante

se vende exactamente el mismo producto cambiando tan solo el diseo del mismo. Esto es

muy evidente en la ropa, cuando un ao estn de moda los colores claros, y al siguiente los

oscuros, para que el comprador se sienta movido a cambiar su ropa perfectamente til y as

ganar ms dinero.

Obsolescencia de especulacin: cuando ste comercializa productos incompletos o de

menores prestaciones a bajo precio con el propsito de afianzarse en el mercado ofreciendo

con posterioridad el producto mejorado que bien pudo comercializar desde un principio, con

la ventaja aadida de que el consumidor se lleva la falsa imagen de empresa dinmica e

innovadora.

Obsolescencia percibida

La obsolescencia percibida es cuando un cliente est convencido de que l / ella necesita un

producto actualizado, a pesar de que su / su producto existente est funcionando bien.

Esto a menudo se basa en el estilo, en lugar de la funcionalidad. Por ejemplo, un telfono

mvil simple, con teclas y botones puede ser perfecto para la mayora de los clientes. Sin

embargo, con el advenimiento de los telfonos de pantalla tctil, los fabricantes de telfonos

han tenido que persuadir a los usuarios de telfonos, que sus viejos telfonos estn fuera de

fecha.

- 23 -

La publicidad se utiliza constantemente por los fabricantes, para persuadir a los posibles

clientes de que su producto existente no est actualizado, anticuado y carece de estilo. La

clave del xito de la obsolescencia percibida, es la percepcin de los clientes de s mismos.

El papel de los juegos publicitarios, es persuadir a un cliente potencial, para la compra de un

nuevo producto. Los clientes potenciales a veces perciben que su aparato existente hace que

se vean 'anti-cool', anticuados y fuera de contacto con las tendencias modernas. El xito de

la publicidad yace en la conduccin del cliente al reemplazo de su producto existente por la

compra de su nueva versin.

La industria del automvil utiliza la publicidad para promover nuevos modelos actualizados,

con el fin de aumentar su atractivo visual. Los fabricantes tienen la ventaja de pedir a los

clientes existentes, lo que les gustara ver cambiado o actualizado en un nuevo modelo. Esto

refuerza la obsolescencia percibida. Una vez que se puso en marcha un nuevo modelo, el

modelo ms antiguo parece anticuado.

Obsolescencia programada

A veces los comerciantes, de forma deliberada, introducen la obsolescencia en su estrategia

de producto, con el objetivo de generar a largo plazo un volumen de ventas derivado de

reducir el tiempo entre las repetidas compras. Un ejemplo podra ser la produccin de una

lavadora de bajo costo que es deliberadamente diseada para fallar dentro de los cinco aos

de su compra, empujando a los consumidores a comprar otra dentro de cinco aos. En un

sector altamente competitivo, esta estrategia puede ser arriesgada, debido a que los

consumidores puedan comprar a productores competidores. La prctica de la obsolescencia

planificada es tambin considerada por la mayora de los consumidores un signo de

comportamiento poco tico ya que obliga al consumidor a gastar su dinero en reemplazar los

productos que se rompen, siendo perjudicial para la economa puesto que ese dinero ya no

podr usarse en comprar otras cosas. El hecho de que este tipo de comportamientos es

perjudicial para la economa, lo expuso magnficamente el economista francs Frdric

Bastiat en su Parbola del cristal roto.

Las consecuencias de la obsolescencia

Actualmente nos encontramos frente a una paradoja cuyas consecuencias son an difciles

de cuantificar; en efecto, cuando por un lado se dispone de la capacidad tecnolgica de

fabricar productos duraderos, nos encontramos en la necesidad de adaptarnos al cambio

permanente de las tecnologas.

Ello conlleva la continua sustitucin de equipos que por carecer con frecuencia de mercados

de segunda mano genera ingentes cantidades de residuos, con la problemtica

medioambiental que ello supone.

- 24 -

La respuesta a esta problemtica ha sido variada; as, la industria propone instalaciones de

reciclaje, con los costes que ello conlleva (consumo de energa, contaminacin, etctera);

tenemos por ejemplo el reciente anuncio de una empresa de telecomunicaciones de la

prxima comercializacin de un telfono mvil con fecha de caducidad, con un uso de un

ao. Por otro lado, diversas organizaciones humanitarias redistribuyen estos equipos,

perfectamente operativos, entre las personas, instituciones y pases menos desarrollados y

dems.

El fenmeno de la obsolescencia no slo se limita a los campos descritos. Es posible

identificarla dentro de los productos inmobiliarios. Estos, debido a la incongruencia entre los

requerimientos de la vida actual y los programas arquitectnicos ajenos a ellos, ven sus

velocidades de venta afectadas. La arquitectura de reinterpretacin se especializa en la

readecuacin de un inmueble a las nuevas necesidades. (Wikipedia, 2015)

Agotamiento de la vida til

Vida til

Este ndice se refiere a una vida til media nominal y se puede calcular a travs de la MTTF.

Para calcularla hay que poner en funcionamiento una partida de equipos y mantenerlos a

estos funcionando hasta que el ltimo deje de hacerlo. La vida til es una consideracin

esencial al seleccionar una equipo para una aplicacin especfica.

Ejemplo de clculo de la vida util (MTTF) Doscientos pequeos motores fueron puestos en

funcionamiento, a medida que tuvieron el primer desperfecto (falla) fueron retirados de la

experimentacin, se decidi detener los ensayos cuando el ltimo de ellos sufriese el primer

desperfecto. En el siguiente cuadro de mortalidad se tiene el nmero motores fallados en el

curso del t-simo mes. (Torres, 2007)

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Tabla 3 Ejemplo de aplicacin del clculo de la vida til Fuente: (Torres, 2007)

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Resistencia a los impactos

Codigo IK

Es un sistema de codificacin para indicar el grado de proteccin proporcionado por la

envolvente contra los impactos mecanicos nocivos, salvaguardando asi los materiales o

equipos en su interior.

El codigo IK se designa con un numero graduado de cero (0) hasta (10); a medida que el

nmero va aumentando indica que la energia del impacto mecnico sobre la envolvente es

mayor. Este numero siempre se muestra formado por dos cifras. Por ejemplo, el grado de

proteccin IK 05, no quiere indicar ms que el nmero 5.

A pesar de que este es un sistema que puede usarse para la gran mayoria de los tipos de

equipos electricos, no se puede suponer que todos los grados de proteccin posibles les sean

aplicables a todos los equipos electricos.

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Generalemnte, el grado de proteccin se aplica a la envolvente en su totalidad. Si alguna

parte de esta envolvente tiene un grado de proteccin diferente, esto debe indicarse por

separado en las instrucciones o documentacin del fabricante de la envolvente.

En la tabla 4, se indican los diferentes grados de proteccin IK con la energia del impacto

asociada a cada uno. Tambien se indica la equivalencia en peso y altura de caida de la pieza

de golpeo sobre la envolvente, de forma que, por ejemplo, un grado de proteccin IK 07 es

aque en el que la envolvente, en los puntos que se consideraran como ms debiles, soportara

un impacto de una pieza de poliamida o de acero redondeada, de peso 500g y que cayera

desde una altura de 400 mm.

Tabla 4 Grados de Proteccin a impactos IK Fuente: UNE-EN 50102

Patrn de fallas

Fig 11 Patrones de falla Fuente: (Benoit, 2011)

- 28 -

El patrn de falla A posee 3 segmentos, un perodo de mortalidad infantil, un perodo de

fallas causadas por eventos al azar o externos, y un perodo de desgaste acelerado.

La mortalidad infantil est relacionada con errores durante la instalacin, reparacin u

overhaul que pueden ser causados por materiales inadecuados (seleccin, calidad), errores en

procedimientos para efectuar las tareas, reparaciones, overhaul, arranque y operacin, as

como errores durante la ejecucin del procedimiento que puedan relacionarse con la

competencia de las personas as como la tasa "normal" de error que puede esperarse del tipo

de operacin.

Todos los componentes tienen la probabilidad de "falla al azar", causada por factores que

no estn relacionados con la edad del componente. Los factores son condiciones de

operacin/eventos anormales, operacin fuera de la ventana de diseo, prdida de

lubricacin, y errores de operacin/ mantenimiento. El momento de las fallas al azar no se

puede predecir, haciendo que las tareas de mantenimiento basadas en el tiempo sean

inefectivas. El monitoreo es efectivo slo cuando el intervalo P-F es lo suficientemente

amplio El desgaste acelerado est relacionado con fallas que tienen una relacin estadstica

slida con la edad del componente. Por ejemplo, el 90 % de los componentes bajo revisin

tienen una vida til de ms de 10 aos (

- 29 -

Ejemplos de piezas con patrn de falla B son:

-Compresor: vida del aceite, vida del filtro

-En su casa: filtro de aire acondicionado

-En su automvil: neumticos, pastillas de frenos

El patrn de falla C tiene una baja probabilidad inicial de falla que aumenta lentamente con

el tiempo. No hay mortalidad infantil ni desgaste acelerado.

Los componentes poseen un patrn de falla al azar, pero basndonos en anlisis estadstico

es claro que el nmero de fallas medidas en base anual aumenta lentamente, ej. Desde 2 en

1000 en el ao 1, a 3 en 1000 en el ao 5, y 7 en 1000 en el ao 10.

Ejemplos de piezas con patrn de fallas C son:

-Bomba: fatiga del eje

-Elctrico: relays mecnicos

-En su casa: conexiones de plomera con fugas

-En su automvil: bomba de agua, turbocargadores

El patrn de falla D posee un patrn de falla al azar, con un pequeo menor nmero de fallas

en el perodo inicial.

Los componentes poseen un patrn de falla al azar. Ya que los componentes son simples y/o

pueden ser completamente inspeccionados o ensayados, el nmero de fallas en el perodo

inicial es menor que el promedio de tasa de fallas al azar.

Ejemplos de piezas con patrn de falla D:

-Elctrico: resistores, relays electrnicos

-En su casa: juguetes electrnicos de los nios

-En su automvil: decorado interior

El patrn de falla E posee un patrn de falla al azar "casi perfecto", constante en todo el

perodo de anlisis sin fallas iniciales ni desgaste acelerado. Todos los componentes tienen

la probabilidad de "falla al azar", causada por factores que no estn relacionados con la edad

del componente. Los factores son condiciones de operacin/eventos anormales,

operacin fuera de la ventana de diseo, prdida de lubricacin, y errores de operacin/

mantenimiento.

Ejemplos de piezas con patrn de falla E son:

-Compresores, bombas: cojinetes

-En su casa: ventanas de vidrio

- 30 -

-En su automvil: dao por accidente

El patrn de falla F posee 2 segmentos, el perodo de mortalidad infantil y un perodo de

fallas causadas por eventos al azar o externos. Debe notarse que este patrn de fallas es

aplicable a la mayora de los componentes (aproximadamente el 68% en el caso aeronaves).

La mortalidad infantil est relacionada con errores durante la instalacin, reparacin u

overhaul que pueden ser causados por materiales inadecuados (seleccin, calidad), errores en

procedimientos para efectuar las tareas, reparaciones, overhaul, arranque y operacin, as

como errores durante la ejecucin del procedimiento que puedan relacionarse con la

competencia de las personas as como la tasa "normal" de error que puede esperarse del tipo

de operacin.

Todos los componentes tienen la probabilidad de "falla al azar", causada por factores que no

estn relacionados con la edad del componente. Los factores son condiciones de

operacin/eventos anormales, operacin fuera de la ventana de diseo, prdida de

lubricacin, y errores de operacin/ mantenimiento.

Ejemplos de piezas con patrn de falla F son:

-General: mal diseo y errores de construccin (Manejo del cambio)

-General: tareas complejas y altos niveles de stress resultan en una alta tasa de error

-Maquinaria: maquinaria compleja con muchas piezas, sistemas electromecnicos complejos

-Instrumentos: la mayora de los sistemas y componentes de instrumentos

-En su casa: videograbadoras

-En su automvil: mortalidad infantil luego de un servicio.(Martins, 2012)

La frecuencia con que deben realizarse las tareas de inspeccin est determinada por la curva

de decaimiento de los componentes inspeccionados y de la anticipacin con la que pueda

determinarse que se producir la falla. Este concepto es denominado por los expertos en

Mantenimiento de Tercera Generacin como Intervalo P-F.

- 31 -

Fig 12 Intervalo P-F Fuente: (Benoit, 2011)

El intervalo P-F depender entonces del mtodo que se utiliza para determinar la falla

potencial y de la magnitud de la falla potencial que se establece como aviso o alarma de

la prxima falla funcional. Este punto de falla potencial debe avisarnos con suficiente

anticipacin (Intervalo P-F Neto) para poder realizar una tarea que evite o que disminuya las

consecuencias de la falla funcional.

En caso que se atrasen las inspecciones programadas, la falla potencial no ser detectada a

tiempo, es decir en vez de descubrir el punto P1 del grfico, descubriremos el punto P2 que

se encuentra ms prximo a la falla funcional y por lo tanto, al tener un intervalo P-F Neto

menor, tendremos menos tiempo para evitar o disminuir las consecuencias de las falla o muy

probablemente ya no podremos tiempo para evitar la falla.

Evidentemente si nos enteramos demasiado tarde de la falla y no podemos evitarla, esto traer

un riesgo para la seguridad y/o para el medio ambiente mayor y en el mejor de los casos en

una central nuclear, prdidas econmicas millonarias.

En el caso de inspecciones ms frecuentes que las determinadas por un intervalo P-F que nos

deje un intervalo P-F Neto lo suficientemente largo, descubriramos entonces otra de las

causas por las cuales el costo de mantenimiento de esta central atmica es elevado sin tener

una vez ms una razn tcnica o estadstica que sostenga este punto. (Benoit, 2011)

- 32 -

Proteccin contra EMI (Interferencia Electromagntica)

La interferencia electromagntica es la perturbacin que ocurre en cualquier circuito,

componente o sistema electrnico causado por una fuente de radiacin electromagntica

externa al mismo.

Esta perturbacin puede interrumpir, degradar o limitar el rendimiento de ese sistema. La

fuente de la interferencia puede ser cualquier objeto, ya sea artificial o natural, que posea

corrientes elctricas que varen rpidamente, como un circuito elctrico, el Sol o las auroras

boreales.

Tambin se conoce como EMI por sus siglas en ingls (ElectroMagnetic Interference) o RFI

(Radio Frequency Interference).

Clasificacin de las EMI

Las interferencias electromagnticas se pueden clasificar en dos grupos:

Intencionadas: se refiere a interferencias causadas por seales emitidas intencionadamente,

con el propsito expreso de producir una disfuncin en la vctima, es decir, una interferencia

(como ocurre en la denominada guerra electrnica).

No intencionadas:

Se incluyen por un lado aquellas causadas por seales emitidas con otra intencin

(generalmente, sistemas de telecomunicaciones) y que accidentalmente, dan lugar a un efecto

no deseado en un tercero; y por otro aquellas emitidas no intencionadamente (equipos

electrnicos en su funcionamiento normal, sistemas de conmutacin, descargas

electrostticas, equipos mdicos, motores de induccin, etctera).

Otra clasificacin posible es por el mecanismo que acopla la fuente y la vctima de la

interferencia; en ese caso se habla de:

Interferencias radiadas, cuando la seal se propaga de fuente a vctima mediante radiacin

electromagntica.

Interferencias conducidas, cuando se propaga a travs de una conexin comn a ambos (por

ejemplo, la red elctrica).

Proteccin contra las Interferencias Electromagnticas

Las principales medidas para prevenir estos problemas son:

1. Lugar de instalacin del equipo: Al instalar los equipos destinados a procesar la

transmisin de datos (hub, switch, etc.), evite la instalacin de los mismos en reas sujetas a

fuertes efectos de EMI y compruebe si los equipos cumplen con las normas de EMC.

- 33 -

2. Cableado: Compruebe con anticipacin las fuentes EMI del lugar, conecte a tierra o

remueva los cables no usados. Al transmitir datos y telefona, juntos o por va separada, la

seal analgica de la campanilla puede provocar ruido en los pares de datos.

Al traspasar los cables de datos, paralelo al cableado de energa, aunque la frecuencia de 50

Hz. no cause ningn problema en la red de datos, los armnicos y los transientes provocan

enormes interferencias en el desempeo del sistema de datos. Si debe cruzar los cables de

datos con conductores elctricos, hgalo a 90 grados.

3. Proteccin fsica: Para atenuar las EMI de fuentes externas y de fuentes adyacentes,

coloque los cables de energa en tuberas metlicas conectadas a tierra.

Fig 13 Composicin de Armnicas y transientes Fuente:

El mercado actual ofrece principalmente tres tipos de material de fabricacin de tuberas o

ductos para proteccin fsica del cableado: plstico, acero y aluminio.

Plstico: el material plstico es un excelente aislante elctrico, pero las ondas

electromagnticas no lo ven. Su funcin es exclusivamente fsica, pues, para las EMI, es

como si no existiera nada entre la fuente emisora EMI y el cable. Adems, pueden tener serios

problemas con las normas de incendio, ya que quema y, en la mayora de los casos, emite

gases txicos. Cuando son de buena calidad, en relacin a la resistencia fsica, el fuego y la

emisin de gases, es cara.

Acero: los productos fabricados en acero, normalmente son recubiertos con cinc o pintados.

Estos son vistos por las ondas electromagnticas y forman un blindaje razonable, pero son

magnticos.

Aluminio: los productos fabricados en aluminio son vistos por las ondas electromagnticas

y no son magnticos. Se necesita un producto en acero con aproximadamente 2,5 veces ms

espesor para tener la misma capacidad de blindaje contra las ondas electromagnticas en

comparacin con el aluminio.

- 34 -

Las pruebas realizadas en laboratorio utilizando tuberas plsticas y de aluminio, cubriendo

toda la gama de transmisin de datos (Cat. 5 y Gbit/s), presentan los resultados, mostrados

en la Figura 14.

Fig 14 Errores y tiempo de Transferencia Fuente:

As mismo, la EMI Son el resultado del acoplamiento de:

campos elctricos (capacitivos),

campos magnticos (inductivos) y

campos electromagnticos (radiacin)

sobre un conductor o conjunto de conductores.

Y La proteccin se realiza mediante blindajes o pantallas metlicas.

El blindaje es la superficie metlica que separa dos regiones.

- 35 -

Fig 15 Tipos de Blindaje Fuente: UPM

Efectividad de los blindajes

Est definida por la atenuacin de los campos elctricos y magnticos:

S = 20 log (E0 /E1) (dB) y S = 20 log (H0/H1) (dB) donde E0 y H0 son las intensidades de campo incidente y E1 y H1 son las intensidades

de campo que pasa el blindaje. La efectividad depende de:

La frecuencia

La geometra del campo

La posicin de la medida y el tipo del campo

La polarizacin y la direccin de la incidencia.

- 36 -

Fig 16 Onda transmitida, reflejada, rerreflejada y absorbida Fuente: UPM

Onda transmitida, reflejada, rerreflejada y absorvida Efectividad total (S): S = A + R + B (dB)

Las prdidas por Absorcin: Definicin:

Es la atenuacin que sufren los campos al atravesar el blindaje y es debida a las

corrientes inducidas en el mismo. Profundidad de penetracin ( )

Se define como la distancia requerida para que la intensidad de campo se atene el

36,7% ~ 9dB. = ( 2/ ( ))

1/2 = 0,0066 / ( r r f)

1/2 [f en MHz]

Son importantes en BAJA FRECUENCIA.

A = 1314,3 t ( r r f)1/2

(dB) t espesor en cm y f en MHz.

- 37 -

Fig 17 de varios materiales; Absorcin en funcin de f Fuente: UPM

Fig 18 Factor de Correccin Fuente: UPM

Tablas de y de prdidas por Absorcin

Factor de correccin B Definicin:

El factor de correccin es debido a las

multirreflexiones B = 10 log (1 -e -2t/ ) (dB)

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Fig 19 Prdidas por Reflexin Fuente: UPM

Fig 20 Perdidas por reflexin curvas caractersticas Fuente: UPM

Prdidas por Reflexin ( R ) Origen de las prdidas:

Las prdidas por reflexin se producen por el cambio de medio ( impedancias

caractersticas ). Dependen fuertemente del espesor del blindaje t frente a la

profundidad de penetracin . Impedancia caracterstica Z:

| Z | = E/H = 3,68 10-7 (f)1/2 ( r/ r)1/2

, donde f (Hz). Clculo de las prdidas:

Campos elctricos: R = 141,7 - 10 log (r f3d

2/r) dB

Campos Magnticos: R=74,6 -10 log (r /fd2r) dB

electromagnticos: R= 108,1 -10 log (rf/r) dB

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Clasificacin de los Blindajes Capacitivo:

Evitar acoplamientos elctricos (Jaula de Faraday). Usan materiales conductivos (cobre, aluminio). Importante la puesta a tierra.

Inductivo: Evitar acoplamientos magnticos. Usan materiales con alta permeabilidad. Minimizar el rea efectiva de bucles, cables prximos al plano de tierra

Radiofrecuencia: Se utilizan en muchos casos dos blindajes, uno con alta conductividad y otro con alta

permeabilidad, con objeto de maximizar las prdidas por reflexin y absorcin

respectivamente. Se utilizan materiales como:

ferromagntico galvanizado --> altas prdidas por absorcin. Cobre dirigido hacia la fuente --> altas prdidas por reflexin.

Efecto de las aperturas en las pantallas Por qu hay aperturas ?

Por necesidades de ventilacin

Por requisitos mecnicos. Efecto de stas en la efectividad.

Disminucin de la efectividad del blindaje debido al paso de las ondas

electromagnticas. Poseen ms importancia cuando se pretende apantallar campos magnticos que

elctricos.

Caractersticas de las aperturas:

Suponen una prdida de efectividad del blindaje.

La prdida esta mas relacionada con la geometra de las aperturas que con el rea de

las mismas. Son peores las ranuras rectangulares que las circulares. Una ranura rectangular de longitud (l= /2) equivale a un generador.

Existe una mejora de la efectividad si los agujeros tienen forma de gua de ondas.

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Fig 21 Efecto de las aperturas y efectividad de los blindajes Fuente: UPM

Otras tcnicas de apantallado. Juntas elsticas conductoras.

Gasket (junta metlica) malla tejida. Cajas de plsticos conductores.

Policarbonato, fibra de acero. Eficiencias > 40dB. Galvanizado selectivo.

Metales tales como: cobre, nquel, cobalto etc... Pinturas conductoras.

Basadas en grafito, cobre nquel y plata (70dB). Lminas conductoras. (adhesivas) Otras tcnicas de depsito de capas conductoras.

El blindaje de los cables apantallados. Objetivo:

Evitar que las EMI se introduzcan o sean generadas por el cable en un medio concreto. Problema:

El problema es la dependencia de la efectividad de la pantalla de las frecuencias de

las EMI. Construccin de los blindajes de cables:

Se realiza recubriendo los mismos con mallas de tejido metlico de distintas

caractersticas en funcin de con que estn mezclados (plsticos o fibras metalizadas). Cuanto mayor contenido metlico mayor eficiencia.

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Fig 22 Blindajes Trenzados Fuente: UPM

Efectividad frente a la frecuencia Cable trenzado apantallado:

Usados hasta f ~ 100KHz. Cable coaxial:

Usados de CC hasta frecuencias de UHF.

En altas frecuencias se comporta como triaxial por el efecto pelicular. Cable tricoaxial:

Usado para obtener mejores relaciones Seal/Ruido. Cable cuadraxial:

Usado para transportar seales de pequeo nivel en ambientes con grandes interferencias.

Blindajes trenzados:

Contruccin:

Grupos de cobre o aluminio trenzados en sentidos horarios y anti-horarios. Efectividad:

Bajas frecuencias por tener menor resistividad.

Usados en audio y RF. Otras caractersticas:

Cobertura habitual 80% y 95%.

Son ms pesados, voluminosos y difciles de conectar.

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Fig 23 Blindajes de forma Espiral Fuente: UPM

Fig 24 Blindajes laminados Fuente: UPM

Blindajes en forma espiral: Construccin:

Se trata de un conductor en forma de espiral dispuesto alrededor del conductor interno. Efectividad:

Posee mayor cobertura 97% y es ms flexible. Aplicacin:

Baja frecuencia y audio.

No se debe usar con frecuencias superiores a 20KHz por efecto inductivo de la

espiral.

Blindajes laminados: Construccin: Se construyen con una capa de aluminio laminado junto a una pelcula de polister o

polipropileno. Efectividad:

- Tienen mayor solidez mecnica, mayor cobertura, menor peso y volumen. - Mayor resistencia en continua.

Aplicacin

- Usados en protecciones electrostticas apantallando cables de pares

- Reducir la diafona

- Efectivos en RF

- Los cables laminados espirales tienen mayor inductancia.

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Fig 25 Blindajes Combinados Fuente: UPM

Blindajes Combinados:

Construccin:

Se construyen combinaciones de los anteriores. Especialmente lmina/trenza.

Efectividad:

Cobertura 100%, baja resistencia en continua.

Aplicacin:

Unos tipos especiales son los cables absorbentes: equilibrados ( lneas paralelas) y

los coaxiales. Coaxiales absorbentes sustituyendo el aislante por absorbente de ferrita que se

comporta como un filtro paso bajo.

Acoplamiento capacitivo: Se debe a:

Los conductores del cable y a la fuente. Efectos en funcin de la frecuencia:

f < 100KHz efecto es debido al acoplamiento directo del campo elctrico. Se puede

determinar por medio de la prueba de zumbido.

f > 100KHz existen acoplamientos capacitivo e inductivo. Se puede determinar por la

impedancia de transferencia. Efectividad de los blindajes:

Se bloquea con alto porcentaje de cobertura de los blindajes. La efectividad de blindajes: laminado / trenzado / laminado > laminado > espiral > trenzado.

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Fig 26 Prueba de Zumbido Fuente: UPM

Fig 27 Prueba de la impedancia de transferencia Fuente: UPM

El acoplamiento por conduccin: Se debe a:

La resistencia del apantallamiento en bajas frecuencias. Se denomina tambin: acoplamiento por difusin.

Modelado: Vt = Zt * Io . Vt es la tensin de interferencia inducida por la corriente Io circulando por el

blindaje. Efectividad contra este tipo de acoplamientos:

Mayores efecitivades cuanto mayor sea la conductividad del blindaje. Mejor trenzado que laminado. F < 100Hz

El acoplamiento inductivo: Se debe a:

Al acoplamiento magntico a travs de las hendiduras de la estructura del blindaje.

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Interpretacin:

Es la parte reactiva de la impedancia de transferencia a altas frecuencias. Predomina a frecuencias > 70MHz.

Caractersticas de los distintos tipos de blindajes:

Espiral: debido al efecto inherente de bobina. Trenzado: debidos al acoplamiento en las hendiduras, al efecto residual de espirales

opuestas y la posicin radial (dentro, fuera) de las espiras. Laminados: debido a la hendidura longitudinal solapada y al pequeo efecto de

bobina de la lmina.

Seleccin de los cables apantallados.

Cable apantallado laminado: Proteccin contra acoplamiento capacitivo. Interferencias de tipo: TV, diafonas, radiotransmisores, luces fluorescentes

o equipos de ordenadores. Usado para seales de vdeo, redes locales, etc.., donde las EMI son reducidas.

Cable apantallado trenzado:

Proteccin contra acoplamientos por conduccin. Donde se requiera que la Rdc sea

baja. Cuando las fuentes de EMI exhiban bajas impedancias caractersticas como cargas

inductivas y controladores de motores. Usados para interconectar ordenadores y perifricos, instrumentacin o aplicaciones

de control.

Cable apantallado en espiral: Indicado para blindar acoplamientos capacitivos y por conduccin en

audiofrecuencias. Cuando las fuentes de EMI son lneas de distribucin de electricidad y luces

fluorescentes. Usados en cables de micrfonos y audio en general.

Cable apantallado combinado:

Indicado para acoplamientos por induccin en alta frecuencia y para descargas

electroestticas. Interferencias de tipo radio transmisores, estaciones de TV etc.

Usado para seales de vdeo, redes locales, cables de E/S y en general donde los niveles

de EMI son elevados.

Mtodos de prueba de cables apantallados

Tipos de pruebas:

Prueba de zumbido o de acoplamiento capacitivo.

Impedancia de transferencia.

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Prueba de absorcin.

Prueba de antena. Prueba a las descargas electrostticas.

Constante de Tiempo

Para entender de mejor forma en que consiste la constante de tiempo vamos a analiazar el

sistema de primer orden sin retardo.

Un sistema de primer orden se puede modelar por la siguiente ecuacin diferencial ordinaria.

Para calcular su funcin de transferencia aplicamos transformada de laplace y consideramos

la condicin inicial nula.

Una vez aplicada la transformada a cada uno de los trminos de la ecuacin diferencial

tenemos:

Factorizando y escribiendo en forma de funcin de transferencia.

La funcin de transferencia tambin puede ser escrita de la siguiente forma

La constante k es la ganancia de estado estacionario, la cual nos entrega el valor que toma la

respuesta del sistema para un tiempo tendiendo a infinito. La constante es la constante de

tiempo, la cual nos indicara el tiempo en el cual el sistema tiene un 63,21% del valor en

estado estacionario.

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Respuesta escaln unitario de sistemas de primer orden: Como la transformada de

Laplace de la funcin escaln unitario es 1/s, sustituyendo R(s)=1/s la anterior ecuacin, se

obtiene:

Si se desarrolla C(s) en fracciones simples se obtiene

Si se toma la transformada inversa de Laplace de la Ecuacin

La Ecuacin se plantea que la salida c(t) es inicialmente cero y al final se vuelve unitaria.

Una caracterstica importante de tal curva de respuesta exponencial c(t) es que, para t=, el

valor de c(t) es 0.632, o que la respuesta c(t) alcanz 63.2% de su cambio total. Esto se

aprecia con facilidad sustituyendo t= en c(t). Es decir, (Ogata, 2003)

Fig 28 Constante de Tiempo Fuente: (Ogata, 2003)

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Tiempo de Respuesta

Tr es el tiempo requerido para que la respuesta pase del 10 al 90%, del 5 al 95% o del 0 al

100% de su valor final, Tambin llamado tiempo de respuesta. Para sistemas

subamortiguados de segundo orden, por lo comn se usa el tiempo de levantamiento de 0 a

100%. Para sistemas sobreamortiguados, suele usarse el tiempo de levantamiento de 10 a

90%. (Ogata, 2003)

Fig 29 Tiempo de respuesta Fuente: (Ogata, 2003)

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Conclusiones

Es importante conocer todas las caractersticas relacionadas al comportamiento y fabricacin

de los diferentes instrumentos, ya que dependiendo de estas caractersticas como la histresis,

el spam, rango, linealidad, zona muerta, repetitividad, precisin, sensibilidad ente otras, nos

permite seleccionar adecuadamente el instrumento dependiendo de la naturaleza del proceso

que queramos controlar.

Se aclar que la confiabilidad de un sistema o un equipo, es la probabilidad que dicha entidad

pueda operar durante un determinado periodo de tiempo sin prdida de su funcin y que esta

se puede determinar por medio de un ndice y que para hallar este ndice hay varios mtodos

de obtenerlo.

Se pudo notar que para la clasificacin de un rea se debe clasificar en base a tres conceptos:

clase, grupo y divisin.

Se entendi que la obsolescencia no depende solamente que el equipo no funcione en sus

condiciones nominales, tambin depende de la actualizacin de la tecnologa que se tenga

ese momento y de la eficacia que tengan estos nuevos equipos en comparacin con los que

ya se tienen.

Se conocieron los diferentes patrones de falla y se relacion con los equipos ms comunes

que pueden tener dicho comportamiento.

Se analiz las diferentes interferencias electromagnticas que se pueden presentar y las

caractersticas ms importantes de las mismas como son su longitud de onda y amplitud

sabindose que la longitud de onda es la que evidencia la cantidad de energa de la misma,

as mismo, se presentaron los diferentes tipos de blindajes en conductores que se tienen en el

mercado y los mecanismos proteccin contra las EMI.

Se identific la importancia que tiene la constante de tiempo en un sistema de primer orden

para su anlisis de estabilidad.

Se analiz los elementos ms importantes en una curva de respuesta en un procesos como

son el tiempo de retardo, tiempo de levantamiento o de respuesta, tiempo pico, sobre paso

mximo y tiempo de asentamiento.

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Referencias

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