definiciones basicas

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DEL TÁCHIRA VICERRECTORADOR ACADÉMICO DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA AMBIENTAL INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL EN PROCESOS AMBIENTALES Prof. Luis Alejandro Mora

Definiciones Básicas en control e instrumentación. Instrumentación: Es el grupo de elementos que sirven para medir, controlar o registrar

variables de un proceso con el fin de optimizar los recursos utilizados en éste.

En otras palabras, la instrumentación es la ventana a la realidad de lo

que esta sucediendo en determinado proceso, lo cual servirá para determinar si el mismo va encaminado hacia donde deseamos, y de no ser así, podremos usar la instrumentación para actuar sobre algunos parámetros del sistema y proceder de forma correctiva.

Control: La Real Academia Española (2001) define el termino control como la

“regulación, manual o automática, sobre un sistema”. Es decir, desde el punto de vista de ingeniería, el control es la acción o conjunto de acciones que permiten mantener un o varias variables de un proceso dentro de ciertos rangos deseados.

Sistema de control: Un sistema de control es un conjunto de instrumentos interconectados

entre si que se acoplan a un proceso para controlarlo.

Figura 1. Sistema de control de un motor diesel


Figura 2. Sistema de control de un intercambiador de calor

Proceso: Según la Real Academia Española (2001) un proceso es un “conjunto

de las fases sucesivas de un fenómeno natural o de una operación artificial”.

Figura 3. Proceso de potabilización del agua. Cortesía de HidroCapital

Según Acevedo (2004) se pueden llegar a diferentes definiciones de

los que es un proceso. “… desde el punto de vista de producción, se conoce generalmente como un lugar donde materia, y muy a menudo energía, son tratados para dar como resultado un producto deseado o establecido. Por ejemplo, son procesos de producción: reactores, hornos, intercambiadores de calor, etc…” y “… desde un punto de vista de control … un proceso es un


bloque que se identifica porque tiene una o más variables de salida de las cuales es importante conocer y mantener sus valores…”

Figura 4. Proceso de secado.

Clasificación general de los procesos. Existen diferentes maneras de clasificar los procesos según sea el

criterio utilizado. De acuerdo a la naturaleza del proceso se distinguen:

• Procesos de separación: Son aquellos en los que uno o varios compuestos de interés se separan de una corriente principal o de alimento. Los agentes de separación comúnmente usados son: energía, afinidad química, propiedades físicas, difusión, etc. La acción de separación se realiza mediante las llamadas operaciones unitarias: destilación, absorción, extracción, evaporación y otras.

• Procesos de conversión química : Consisten en la

transformación de uno o varios compuestos, llamados reactivos, a otros, llamados productos, mediante una reacción química. Se llevan cabo en los reactores químicos, equipos que presentan características bastante interesantes para propósitos de control. La fuerza impulsora es la energía interna o calórica.


• Procesos de transporte: Traslado de materia por sistemas de flujo, incluyen tanques de almacenamiento, procesos de nivel, recirculaciones. La fuerza impulsora es, usualmente, un gradiente de presión.

¿Por qué debemos controlar la operación de un proce so? 1. Para mantener del punto de operación: El punto de operación requerido puede ser simple (un cierto pH o una

cierta temperatura) o complejo (una cierta rentabilidad). 2. Para satisfacer restricciones de :

• Seguridad: mantener una variable de proceso -presión, temperatura, composición, etc- entre un valor máximo y un valor mínimo.

• Especificaciones del producto: cantidad y calidad.

• Regulación ambiental: efluentes, emisiones, residuos sólidos,

nivel de ruido.

• Restricciones operacionales en los equipos o en la operación: alturas de tanques, potencias a las bombas, presiones en recipientes confinados.

• Optimización de costos de producción: variaciones no previstas

en costos de insumos, consumo de energía, procesos de reciclado, etc.

Control Manual: Es aquella acción de control que requiere de la intervención directa de

una persona, es decir, que necesita del elemento humano para llevar a cabo el control.

Control Automático: Es aquel control que es realizado por dispositivos o maquinas sin la

intervención directa de una persona.


Variables asociadas al control: Según Acevedo existen 3 tipos de variables a tomar en cuenta cuando

se va a ejercer una acción de control y son:

• La variable controlada (CV). Es la característica de calidad o cantidad que se mide y controla. La variable controlada es una condición o característica del medio controlado, entendiendo por tal la materia o energía sobre la cual se encuentra situada esta variable, es decir, la variable controlada es el elemento que se desea controlar. Por ejemplo, para el proceso que se muestra en la figura 2 la CV es la temperatura del liquido a la salida del intercambiador de calor.

• La variable manipulada (MV). Es la cantidad o condición de

materia o energía que se modifica por el controlador automático para que el valor de la variable controlada resulte afectado en la proporción debida. La variable manipulada es una condición o característica de la materia o energía que entra al proceso, es decir, es el elemento al cual se le modifica su magnitud, para lograr la respuesta deseada. Por ejemplo, para la figura 2 la variable MV es el flujo del vapor caliente que entra al intercambiador.

• La variable de perturbación (DV). Es toda variable que tiene

influencia sobre la variable controlada pero no puede ser modificada directamente por la variable manipulada. Para el ejemplo anterior las variables de perturbación son el flujo del líquido frío y la temperatura del vapor que entran al intercambiador.

Sin embargo hay que tomar en cuenta otros factores o valores que

también son importantes cuando se realiza un control, como lo son:

• La consigna . Es la posición de referencia de la variable controlada para llevar a cabo el control del proceso. También se conoce con los nombres de punto de ajuste o set Point. Puede cambiarse de forma manual, o bien automáticamente en función de otro controlador.

• El punto de control . Es la posición (medida) de la variable

controlada en que se encuentra realmente el proceso. Dependiendo del tipo de control efectuado, a veces no coincide


con el punto de consigna, dando como resultado una desviación permanente.

Control de lazo abierto: Es aquel sistema en que solo actúa el proceso sobre la señal de

entrada y da como resultado una señal de salida independiente, es decir, no realimenta información del proceso al controlador. Estos sistemas se caracterizan por ser sencillos y de fácil aplicación; nada asegura su estabilidad ante una perturbación; la salida no se compara con la entrada; es afectado por las perturbaciones y la precisión depende de la previa calibración del sistema.

Control de lazo cerrado: Son los sistemas en los que la acción de control está en función de la

señal de salida, es decir, la información de la variable controlada de proceso se capta por medio de un sistema de medición adecuado y se utiliza como entrada al controlador. Son sistemas complejos, pero amplios de parámetros; la salida se compara con la entrada y la afecta para el control del sistema; estos sistemas se caracterizan por su propiedad de retroalimentación y es más estable a perturbaciones y variaciones internas.

PLC: Los CLP o PLC (Programmable Logic Controller en sus siglas en

inglés) son dispositivos electrónicos muy usados en Automatización Industrial.

Figura 5. PLC MicroLogix 1100. Cortesía Allen-Bradley.

SCADA: SCADA es el acrónimo de Supervisory Control and Data Acquisition

(en español, Control supervisor y adquisición de datos). Comprende todas


aquellas soluciones de aplicación para referirse a la captura de información de un proceso o planta industrial (aunque no es absolutamente necesario que pertenezca a este ámbito), para que, con esta información, sea posible realizar una serie de análisis o estudios con los que se pueden obtener valiosos indicadores que permitan una retroalimentación sobre un operador o sobre el propio proceso.

Un sistema SCADA incluye un hardware de señal de entrada y salida,

controladores, interfaz hombre-máquina, redes, comunicaciones, base de datos y software.

El termino SCADA usualmente se refiere a un sistema central que

monitoriza y controla un sitio completo o un sistema que se extiende sobre una gran distancia (kilómetros / millas). La mayor parte del control del sitio es en realidad realizada automáticamente por una Unidad Terminal Remota (RTU) o por un Controlador Lógico Programable (PLC). Las funciones de control del servidor están casi siempre restringidas a reajustes básicos del sitio o capacidades de nivel de supervisión. Por ejemplo un PLC puede controlar el flujo de agua fría a través de un proceso, pero un sistema SCADA puede permitirle a un operador cambiar el punto de consigna (set point) de control para el flujo, y permitirá grabar y mostrar cualquier condición de alarma como la pérdida de un flujo o una alta temperatura. La realimentación del lazo de control es cerrada a través del RTU o el PLC; el sistema SCADA monitorea el desempeño general de dicho lazo.

Parámetros : Propiedad del proceso o de su entorno, al que se pueden asignar

valores numéricos arbitrarios, también puede ser una constante o coeficiente de una ecuación.

Estabilidad : Es una característica del proceso. Un proceso se dice inestable si su

salida aumenta sin límite cuando el tiempo aumenta. Afortunadamente la mayoría de los procesos reales no exhiben este tipo de comportamiento. Un proceso lineal se dice que está en el límite de la estabilidad cuando oscila continuamente aún sin la presencia de perturbaciones.

Instrumento: Un instrumento es aquello que sirve de medio para hacer algo o

conseguir un fin.


Figura 6. Ejemplo de un sistema SCADA.

Clasificación de los instrumentos. Según Creus (2005) existen principalmente 2 tipos de clasificaciones

básicas de los instrumentos de medición y control, que son de acuerdo con la variable medida y acorde a la función que realiza el instrumento.

Según la variable medida se clasifican en instrumentos de:

• Presión. • Temperatura. • Nivel. • PH. • Fuerza. • Frecuencia. • Turbidez. • Humedad. • Velocidad. • Posición. • Densidad. • Concentración. • Conductividad.


• Flujo o caudal, etc. Acorde con la función del instrumento se la siguiente clasificación:

• Instrumentos ciegos: son los que no poseen ninguna indicación de la variable.

Figura 7. Instrumento Ciego. Medidor de metano TCgard CH4.

Cortesía de PCE Group

• Instrumentos Indicadores: son los instrumentos que poseen una pantalla, un display o una escala graduada donde se puede leer el valor de la variable.

Figura 8. Instrumentos Indicadores. Transmisor Flamgard plus-CH y medidor de

concentración cloro respectivamente. Cortesía de PCE Group

• Registradores: Son aquellos que registran o almacenan un histórico de los valores de que tenido la variable a través de cierto tiempo.

Figura 9. Registradores Digitales. De izquierda a derecha: registradores SIREC

D200 y SIREC DH. Cortesía de Siemens AG


Figura 10. Registradores analógicos. De izquierda a derecha: registradores VARIOGRAPH 7ND3560 y SIREC PU 7ND3523. Cortesía de Siemens AG

• Sensores: también llamados detectores o elementos primarios,

son los que entran en contacto directo con variable del proceso, captando su valor y generando una señal de salida acorde a dicho valor.

Figura 11. Sensores. De izquierda a derecha: sensor de proximidad inductivo,

Termocupla y sensor de proximidad capacitivo. Cortesía de Siemens AG.

• Transmisores: son los instrumentos que captan la variable de proceso a través de los sensores y la transmiten a distancia en forma de señales neumática (3 - 15 psi) o electrónica (4 – 20 mA).

Figura 12. Transmisores. De izquierda a derecha: de presión SITRANS P DS III, de

temperatura SITRANS TF, de flujo SITRANS F M MAG 6000, de nivel SITRANS Probe LU. Cortesía de Siemens AG.


• Convertidores: son aparatos utilizados para acoplar las

señales estándares de transmisión, reciben un señal neumática y la convierten en una señal electrónica (convertidor P/I) o viceversa (convertidor I/P).

Figura 13. Convertidote de I/P. Cortesía de ABB Group.

• Transductores: es un dispositivo capaz de transformar o

convertir un determinado tipo de energía de entrada, en otra diferente de salida. Los transductores reciben una señal de entrada en función de una o más variables físicas y la convierten modificada o no en una señal de salida. Son transductores un elemento primario o un transmisor.

Figura 14. Transductor ultrasónico Echomax XRS-5.Cortesia Siemens AG.

• Controladores : Son los encargados de realizar las

modificaciones acciones necesarias para mantener la variable controlada en el punto deseado. Estos instrumentos comparan la variable controlada con la consigna o set point y ejercen una acción correctiva de acuerdo con la desviación.


Figura 15. Controladores SIPART DR21 y DR19. Cortesía de Siemens AG.

• Elemento final de control: Es el equipo que recibe la señal del

controlador y ejerce directamente sobre el proceso la acción correctiva, ya sea cambiando el caudal de un fluido o gas, aumentando las revoluciones de un motor, aumentando una corriente eléctrica, etc. Los elementos finales de control suelen ser válvulas neumáticas o electroneumáticas o motores acoplados al proceso. Estos dispositivos también suelen llamarse actuadotes.

Figura 16. Actuadotes. De izquierda a derecha: posicionador. Cortesía de

Siemens AG. posicionador RSD10. Cortesía de ABB Group.


Referencias Acedo Sánchez, José. (2004). Control Avanzado De Procesos. Teoría y

práctica. España: Ediciones Díaz de Santos. Recuperado Agosto 13, 2008, desde http://site.ebrary.com/lib/unetsp/Doc?id=10047589&ppg=172.

Creus Sole, Antonio. (2005). Instrumentación Industrial. (7ª ed.). España:

Marcombo. Recuperado Agosto 15, 2008. http://books.google.co.ve/books?id=cV6ZOqQ0ywMC&printsec=frontcover&dq=instrumentacion+industrial&sig=ACfU3U2oAxdXNkxGwt7KqxWllbz25UTbjQ#PPA15,M1

Real Academia Española (2001). Diccionario de la Lengua Española. (22ª

ed.). España. Recuperado Agosto 13, 2008, desde http://www.rae.es. Siemens. Image Database. Recuperado Agosto 18, 2008, a partir de

http://www.automation.siemens.com/bilddb/index.asp?lang=en&nodeID=10001562

Wikimedia Español (n.d). Recuperado Agosto 14, 2008, desde Wikipedia

Foundation, Inc: http://www.wikipedia.org


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