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UNIVERSIDAD SANTO TOMASDEPARTAMENTO DE ELECTRONICAINSTRUMENTACIN Y CALIBRACINIQUIQUE - CHILE

INSTRUMENTACIN Y CALIBRACINOBJETIVOSComprender los conceptos bsicos de un sistema de instrumentacin y control de procesos industriales.Conocer las caractersticas principales de los instrumentos.Conocer los aspectos que involucra el desarrollo de proyectos de instrumentacin.ContenidoTerminologa en instrumentacin y control de procesosEstructura de un lazo de controlElementos del lazo de controlParmetros operativos de los instrumentosTipos de instrumentosHojas de datos de los instrumentos.

Terminologa en instrumentacin y control de procesosInstrumentacin: Una coleccin de instrumentos o su aplicacin con el propsito de observar, medir y/o controlar.Instrumento: Un dispositivo que toma una variable fsica de un proceso y realiza una funcin especfica dentro del sistema de control.Proceso industrial: Es todo sistema de produccin en el cual se usa la instrumentacin. Ejemplos comunes se encuentran en: Industria petrolera, alimenticia, cermica, papelera, textil, qumica, Minera, etc.Variables: Las variables mas comunes que se trabajan en procesos industriales son: Presin, Caudal, Nivel, Temperatura, HP, Conductividad, Humedad, Punto de roco, velocidad, etc.

INTRODUCCIONLa instrumentacin es una parte fundamental de un sistema de control o medicin.Un sistema de control esta compuesto bsicamente por 3 elementos:ProcesoInstrumentacinEquipo de Control

INTERFACE HOMBRE MAQUINAMODULOS DE ENTRADACONTROLADOR PROGRAMABLEMODULOS DE SALIDASENSORESACTUADORESPROCESOEQUIPO DE CONTROLPROCESOINSTRUMENTACIONINTRODUCCIONINTRODUCCIONPodemos definir INSTRUMENTACION como el conjunto de sensores y actuadores que hacen posible que un proceso pueda ser visto y manipulado.

SENSORESLos sensores son elementos que transforman variables fsicas en seales elctricas. Los sensores son llamados tambin Transductores porque transforman las variables.TemperaturaPresinFlujoHumedadAnlisis

INTRODUCCIONACTUADORES Los actuadores son elementos que transforman las seales elctricas en variables fsicas.

Al igual que los sensores, los actuadores son de muy diversos tipos y algunos ejemplos de los comnmente utilizados son:

Motores CilindrosVlvulasAC/DC Drives, etc

INTRODUCCIONCUERPO HUMANO SISTEMA DE CONTROLCerebroControlador + Mdulos de Entrada + Mdulos de SalidaOjos (Vista), Nariz (Olfato), Papilas Gustativas (Gusto),Orejas (Oido), Piel (Tacto)SensoresManos (Manejo), Pies (Locomocin)ActuadoresSi comparamos el equipo de control y la instrumentacin con el cuerpo humano y el proceso con nuestro medio ambiente tendramos que:

SEALES DISCRETAS Y ANALOGASCLASIFICACIN DE LAS SEALESLas seales de instrumentacin se dividen en dos grandes categoras:

Seales DiscretasSeales Anlogas

Por lo tanto tendremos un universo de sensores y/o actuadores que pueden ser discretos o anlogos.INSTRUMENTOS DISCRETOSSon aquellos que solamente tiene dos estados:

Encendido o Apagado (1 0 en Trminos de lgica).Los valores Elctricos que pueden tomar sus seales son:

0 110 VAC0 220 VAC0 24 VDC0 5 VDC (TTL Transistor Transistor logic)-12 y +12 VDC (CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor)

Se tiene instrumentos discretos tanto de entrada como de salida.SENSORES DISCRETOSAlgunos ejemplos de instrumentacin discreta de Entrada incluyen:

PulsadoresLimit Switches:MecnicosInductivosCapacitivosFotoelctricosLserSwitches de PresinSwitches de FlujoSwitches de NivelSwitches de TemperaturaCARACTERSTICA ELECTRICAS DE SENSORES DISCRETOSLos sensores discretos nos proporcionan informacin de presencia o ausencia de la variable a medir.Pueden ser clasificados en:

NORMALMENTE ABIERTOS (NO por su abreviacin en ingls de Normally Open).

NORMALMENTE CERRADOS (NC por su abreviacin en ingls de Normally Closed).

ACTUADORES DISCRETOSAlgunos ejemplos de Instrumentos de Salida o Actuadores- Discretos son: Indicadores Vlvulas On/Off de diferentes tipos: Solenoides Elctricas Hidrulicas Neumticas Cilindros Motores

Todos estos actuadores tendrn solamente dos estados que dependiendo del tipo de actuador al que hagamos referencia pueden ser:

Abiertos o Cerrados Avanzados o Regresados Encendidos o ApagadosINSTRUMENTOS ANALOGOSINSTRUMENTOS ANALOGOSSe definir a los instrumentos anlogos como aquellos que tienen un nmero INFINITO de estados.

Estos Instrumentos a diferencia de los Discretos que slo pueden tomar 2 estados, nos presentan un rango continuo de estados (80.00,80.01,80.02...).Los valores elctricos que pueden tomar su seales son:

4 a 20 mA DC 0 a 20 mA DC - 20 a + 20 mA DC 1 a 5 VDC 0 a 5 VDC 0 a 10 VDC - 5 a + 5 VDC - 10 a + 10 VDC - 500 a + 500 mV DC

Actualmente, Los estndares mas comnmente aceptados en la industria para la Instrumentacin son 4 a 20 mA y 0 a 10 VDC.INSTRUMENTOS ANALOGOS DE ENTRADAAl igual que en los instrumentos Discretos , en los anlogos se tiene tanto Entradas como Salidas.Algunos ejemplos de instrumentos anlogos de Entrada son:

Termopares RTDs Sensores de Nivel Sensores de Presin Sensores de Flujo Sensores de Masa Sensores de pH Sensores de Humedad Sensores de Peso Sensores de Densidad Sensores de Desplazamiento Sensores de Espesor de Lminas

Todos estos sensores nos proporcionan adems de la informacin de presencia o ausencia de la variable a medir, la informacin del grado en la que est presente o ausente.INSTRUMENTOS ANALOGOS DE SALIDAAlgunos Ejemplos de Instrumentos Anlogos de Salida son:

Vlvulas Anlogas Elctricas Neumticas o Hidrulica AC Drives DC Drives

Todos estos actuadores pueden tener un rango infinito de estados como ser:

De 0 a 100% de apertura en el caso de vlvulas De 0 a 100% de velocidad en el caso de motores

Estos valores se pueden cambiar continua e ininterrumpidamente.GRAFICAS DE SEALES EN EL TIEMPO

SEAL DISCRETASEAL ANALOGAELEMENTOS DE UN SISTEMA DE ADQUISICIN DE DATOSELEMENTOS DE UN SISTEMA DE ADQUISICIN DE DATOSEl proceso de adquisicin de datos de seales anlogas se lo puede resumir de la siguiente manera:

El Transductor = Traduce la variable fsica en alguna variable elctrica de manera contnua y en tiempo real.

El transmisor = ACONDICIONA, la seal antes de enviarla al sistema de control.TRANSDUCTORTRANSMISORMODULO DE ENTRADAPLCVARIABLE A SER MEDIDA

ABACONDICIONAMIENTO DE SEALESEl acondicionamiento de seales es una funcin llevada a cabo por el transmisor. En algunos casos, el sensor consta de transductor y en otros casos consta tanto del transductor como del transmisor.

Los transmisores son elementos muy tiles para la instrumentacin sobre todo cuando se trata de seales de temperatura y peso. Los sensores de estas seales normalmente incluyen solo al transductor por lo que es importante contar tambin con el transmisor para tener una seal lineal y estable.

El uso de transmisores, adems de linealizar la seal del transductor ayuda a que se la pueda transmitir a mayores distancia de manera confiable.SEALES DE ENTRADA Y SALIDA AL TRANSMISORNos referimos a la seal en los puntos A y B de la grfica mostrada anteriormente en la figura anterior.

A. ENTRADA AL TRANSMISOR Seal elctrica dbil, con rangos en el orden de: micro Volts mili Volts micro Amperes micro Ohms seal elctrica no linealSeal Elctrica muy susceptible a ser distorsionada por ruidos electro magnticos externos

B. SALIDA DEL TRANSMISOR Una vez que ha sido acondicionada por el transmisor, la seal puede ser enviada hacia el sistema de control, PLC, PC, DCS o MMI.

Mili Amperes. Volts ComunIcaciones.ESPECIFICASIONES TIPICAS DE TRANSMISORESNormalmente debemos especificar ciertos parmetros de los transmisores que especifican el ambiente de trabajo para cada aplicacin

Alimentacin Tipo de seal de salida Precisin Tiempo de Respuesta Aislamiento Carga

Un par de ejemplos tpicos de la especificaciones de carga son los siguientes:

(Vs 12)/0.02 Ohms 600 Ohms

En base a la carga especificada se debe realizar un clculo de la resistencia total del lazo para decidir si funcionar o no. Se debe recordar que siempre se usa cable blindado para las seales anlogas.