INSTRUMENTACINCONTROL DE PROCESOSPrimera parteElaborado por Juan Paulo Garca Sandoval

Elementos de un sistema de controlUn sistema de control se compone deProceso: (sistema al que se desea controlar)Elemento primario de control (sensores): tienen "contacto" con la variable dinmica que se est midiendo.Controlador: a partir de las seales obtenidas por los sensores, compara con una referencia y ejerce una accin correctiva de acuerdo con la desviacin.Elemento final de control: efecta la accin de control que afecta al procesoTransmisores: Recibe una seal del elemento primario, puede contener al transductor y enviar una seal estndar.Transductores: Recibe una seal y a partir de un sistema de control y mediante propiedades fsicas, qumicas, etc. la transforma en otra seal amplificada o ms cmoda.Convertidor: Convierte una seal estndar en otra estndar mediante una relacin lineal preferentemente. Por ejemplo convertidor P/I (de seal neumtica a seal elctrica de corriente) o su convertidor inverso I/P

Tipos de sealesDentro de los sistemas de control automtico, las mediciones ms frecuentes o estndar sonSeales elctricasVoltaje:0-5 V, 0-10 VCorriente:4-20 mA 0-20 mASeales neumticas:3-15 psiSeales hidrulicasSeales digitales:(0,1)Seales telemtricas

Elementos primarios de medicinLos elementos primarios de medicin mas comunes son:TemperaturaTermmetros bimtalicosTermmetros de vstago de vidrioPirmetros de radiacin pticosPirmetros de radiacin infrarrojosIndicadores pirometricosTermmetros de cristal de cuarzoSistemas termalesTermoparesResistencias elctricas (termoresistencias)PresinTubo BourdonColumnasSensores electrnicos (piezoelctricos)DiafragmasFuellesCpsulasCampanas

Flujo (volumtricos y de masa)Tubo pifotMagnticoTurbinaBomba dosificadoraTubo venturiDerramadoresTubo de DaliTubo de GentileRotmetroAnnubarPlaca de orificioTarjetRemolinoVortexOtras variablesNivel (slidos y lquidos)pHConductividadCromatgrafosAnalizador infrarrojoRedoxConductividad trmicaEtc.

Definiciones en instrumentacin (1)Campo de medicin (range): Qu se mide y en que intervalo, se expresa en valor mximo y mnimo que alcanza la variable medida.Alcance (span): Es la diferencia algebraica entre los valores superior e inferior del campo.Precisin (accuracy): Es la tolerancia de medicin o transmisin del instrumento y define los errores cometidos cuando el instrumento se emplea en condiciones normales de servicio. Se puede expresar como:Tanto por ciento del alcanceEn unidades de la variable de desviacinTanto por ciento de la lectura efectuadaTanto por ciento de la lectura efectuada

Definiciones en instrumentacin (2)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.Sensibilidad (sensitivity): Es la razn entre el incremento de la lectura y el incremento de la variable que lo ocasiona, despus de haber alcanzado el estado de reposo.Repetibilidad (repeatibility): Es la capacidad de reproduccin de la misma lectura 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.Histresis (hysteresis): Diferencia mxima que se observa en los valores de la lectura del instrumento para un mismo valor cualquiera del campo de medida, cuando la variable recorre toda la escala en los dos sentidos, ascendiente y descendiente.

Definiciones en instrumentacin (3)Deriva (Derive): error a largo tiempo (el aparato se calienta, etc.). Es una variacin de la salida del medidor con el tiempo a pesar de que la variable que medimos es constante. Se da cuando medimos algo por periodos muy largos. Da idea de si el medidor necesita calibracin (deriva de cero y deriva trmica de cero).Linealidad (linearity): el aparato sigue alguna relacin lineal. Expresa una relacin muy simple entre la variacin y la seal de salida del equipo. Si la relacin no es lineal se hace lineal dentro del rango y se mide las mxima desviacin, se puede linealizar por tramos.Resolucin (resolution): distincin entre medidas muy cercanas. Es el ms pequeo cambio de la seal que puede detectarse.Constante de tiempo (time constant): Tiempo que tarda en dar la respuesta.Alimentacin (supply): Energa necesaria para que funcione el elemento.Otras: Ruido, fiabilidad, estabilidad, temperatura de servicio, etc.

InstrumentacinAqu va la figura 1.3

Sensores: PresinPresin absolutaPresin atmosfricaPresin relativaPresin diferencial

Sensores: PresinElementos mecnicosBarmetro cubetaTubo en UTubo inclinadoToro pendularManmetro campanaTubo BourdonEspiralHelicoidalDiafragmaFuellePresin absolutaSello volumtricoElementos neumticosElementos electromecnicosTransmisores electrnicos de equilibrio de fuerzasResistivosMagnticosCapacitivosExtensomtricosPiezoelctricos

Sensores: CaudalVolumtricaPresin diferencial (presin proporcional al cuadrado del flujo volumtrico)Placa-orificioToberaTubo VenturiTubo de Pitot y Annubarrea variable (Rotmetros)Velocidad (canales abiertos)Fuerza (medidor de placa)Tensin inducida (medidor magntico)Desplazamiento positivoDisco oscilantePistn oscilanteCicloidalBirrotorOvalesTorbellinoSnicos o ultrasnicosMasaCompensacin de variaciones de densidadTrmicosMomento angular (turbina y doble turbina)GiroscopioCoriolis

Sensores: TemperaturaTermmetros de resistencia (termistores)Termopares (J, K, T, R, S)Pirmetros de radiacinCircuitos integrados (LM35)

Sensores: NivelLquidosMedida directaSondaCintaPlomadaFlotadorBasados en la presin hidrostticaManomtricoMembranaBurbujeoPresin diferencialBasados en caractersticas elctricasCapacitivosConductivosUltrasnicosRadiacinLserSlidosBscula, etc.

Ganancia y Dinmica de sensoresGeneralmente la respuesta de los sensores es ms rpida que la del proceso. Si esto ocurre, su comportamiento dinmico es una ganancia:

Ejemplo

Si la dinmica es lenta, por lo general se puede representar por sistemas de primero o segundo orden

TransmisoresCaptan la variable de proceso y la transmiten a distancia a un instrumento receptor indicador, registrador, controlador o una combinacin de estos.Transmisores neumticos (sistema tobera-obturador)Equilibrio de movimientos, fuerzas momentos.Transmisores elctricosDetectores de posicin de inductanciaTransformador diferencialTransmisores digitales

Actuadores Los actuadores son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de lquidos, de energa elctrica y gaseosa. El actuador recibe la orden de un regulador o controlador y da una salida necesaria para activar a un elemento final de control como lo son las vlvulas. Existen tres tipos de actuadores:

Hidrulicos (para potencia, mucha energa y mantenimiento)

Neumticos (precisin, mucha presin y mantenimiento)

Elctricos (servomotores, precisos y poco mantenimiento)

Actuadores hidrulicosLos actuadores hidrulicos, que son los de mayor antigedad, pueden ser clasificados de acuerdo con la forma de operacin, funcionan en base a fluidos a presin. Existen tres grandes grupos: cilindro hidrulico motor hidrulico motor hidrulico de oscilacin