variables de instrumentacion
TRANSCRIPT
Variables de Instrumentación
Equipo • Orta Cervantes Victoria
• Jaramillo Paz Erick
• Govela Olguín Diego
• Cárdenas Pozos Félix
• De León Reyes Mohamed
• Cazares Cruz Onathia Itzel
Objetivo
• El alumno relacionara las variables
involucradas en los procesos, para registrar sus
intervalos de operación.
Instrumentación Es el arte o ciencia de aplicar instrumentos de medición y control a un
proceso para determinar la identidad y/o magnitud de ciertas
variaciones físicas o químicas con el propósito de mantenerlas dentro de
límites específicos.
Es la aplicación de técnicas y conocimientos de ingeniería, de dispositivos
y de mecanismos para detectar, medir, registrar y controlar una variable o
conjunto de ellas que pueden estar asociadas en la elaboración de un
producto, en la operación de una máquina o en cualquier tipo de
proceso.
Objetivos de la instrumentación • Disminución de la mano de obra
• Aumentar la eficiencia del proceso
• Aumentar la seguridad del personal de operación.
• Aumentar la seguridad del equipo involucrado.
Conceptos de Variables En instrumentación, las cantidades o características que se miden dentro
de un proceso se denominan comúnmente como variables de medición,
variables de instrumentación o variables de proceso.
Variable: es una cantidad o condición que varía con respecto al tiempo y que es factible de controlarse y medirse.
Clasificación de Variables • Variables térmicas.
Toda sustancia por encima de los 0 kelvin (-273,15 °C) emite calor. Si dos
sustancias en contacto se encuentran a diferente temperatura, una de
ellas emitirá más calor y calentará a la más fría. El equilibrio térmico se
alcanza cuando ambas emiten, y reciben la misma cantidad de calor, lo
que iguala su temperatura.
• Variables de radiación.
Las variables de radiación se refieren a la emisión, propagación y
absorción de energía a través del espacio o de algún material en la
forma de ondas; y por extensión, la emisión, propagación y absorción
corpuscular.
Clasificación de Variables • Variables de fuerza.
Las variables de fuerza son aquellas cantidades físicas que modifican la
posición relativa de un cuerpo, la modificación puede incluir hasta la
alteración de las dimensiones en forma permanente (deformaciones
plásticas) o en forma transitoria (deformaciones elásticas), las fuerzas
pueden tener un carácter estático (peso propio) o dinámico.
• Variables de velocidad.
Estas variables están relacionadas con la velocidad a la que un cuerpo
se mueve hacia o en dirección opuesta a un punto de referencia fijo. El
tiempo siempre es uno de los componentes de la variable velocidad, el
término velocidad se asocia a un fluido a través del flujo o caudal, en
caso de cuerpos se puede apreciar la rapidez con que el cuerpo recorre
una medida por unidad de tiempo, la medida puede ser lineal o angular.
• Variables de cantidad.
Las variables de cantidad se refieren a la cantidad total de material que
existe dentro de ciertos límites específicos, así por ejemplo: la masa es la
cantidad total de materia dentro de límites específicos. En este caso, el
peso es la medida de la masa en base a la atracción de la gravedad.
Clasificación de Variables • Variables de tiempo.
Las variables de tiempo son las medidas del lapso transcurrido, es la
duración de un evento en unidades de tiempo, la cantidad de periodos
que se repiten en una unidad de tiempo se define como la frecuencia, la
cual por lo general se mide en Hertz.
• Variables geométricas.
Estas se refieren a la posición o dimensión de un cuerpo. Las variables
geométricas están relacionadas con el estándar fundamental de
longitud. Se puede apreciar como variable la posición de un cuerpo con
respecto a una referencia, se puede dimensionar un cuerpo tomando la
distancia relativa entre dos puntos, se puede determinar la superficie de
un cuerpo partiendo del área encerrada por al menos tres puntos de
distancias entre sí conocida.
• Variables de propiedades físicas.
Las variables de propiedades físicas se refieren a las propiedades físicas
de sustancias, sin considerar aquellas que están relacionadas con la
masa y la composición química.
Clasificación de Variables
• Variables de composición química.
Son las propiedades químicas de las sustancias referidas a su
composición, a su acidez o alcalinidad.
• Variables eléctricas.
Las variables eléctricas son las necesarias para evaluar energía eléctrica,
por ejemplo: diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos, corriente
eléctrica que circula por un conductor (impedancia),resistencia que
ofrece un elemento al paso de corriente (resistividad), capacidad de un
cuerpo en retener energía eléctrica (capacitancia) o inducir campos
magnéticos (inductancia).
Características de los instrumentos De acuerdo con las normas SAMA (Scientific Apparatus Maker Association), PMC20. Las características de mayor importancia para los instrumentos son:
• Campo de medida o rango (range) Es el conjunto de valores dentro de los límites superior e inferior de medida en los cuales el instrumento es capaz de trabajar en forma confiable por ejemplo un termómetro de mercurio con rango de 0 a 50 grados Celsius espectro o conjunto de valores de la variable de medidas que están comprendidas dentro de los limites superior e inferior de la capacidad de medida o de transmisión del instrumento. • Alcance (span)
Es la diferencia entre el valor superior e inferior del campo de medida. Es la diferencia algebraica entre los valores superior e inferior del campo de medida del instrumento. Es el punto máximo con valor superior del rango de medición. • Errores (grande, sistemático y aleatorio) Un error sistemático es aquel que se produce de igual modo en todas las mediciones que se realizan de una magnitud. Puede estar originado en un defecto del instrumento, en una particularidad del operador o del proceso de medición,
etc. El error aleatorio o accidental es aquel error inevitable que se produce por eventos únicos imposibles de controlar durante el proceso de medición. Se contrapone al concepto de error sistemático.
Características de los instrumentos • Exactitud
Es las especificaciones de un sensor esto realmente quiere decir falta de exactitud. esta es la razón de la máxima desviación de un valor representado por el sensor con respecto al valor ideal. • Precisión Esto es la tolerancia mínima de medida que permite indicar, registrar o controlar el instrumento en otras palabras es la mínima división de escala de un instrumento indicador generalmente esta se expresa en porcentajes. La presión de un
instrumento indica su capacidad para reproducir cierta lectura con una exactitud dada se expresa en porcentaje (%). • Zona muerta Son aquellas donde la sensibilidad del instrumento es nula lo que hace que no cambie su indicación y señal de salida. • Sensibilidad Es la relación éntrela lectura del instrumento y el cambio en el proceso que cambia
este efecto. Es la respuesta del instrumento al cambio de la entrada o parámetro medido. Es decir, se determina por la intensidad de I necesaria para producir una desviación completa de la aguja indicadora a través de la escala.
Características de los instrumentos • Repetibilidad Este parámetro define si un campo es repetible (o sea que puede presentarse más de una vez en un registro dado), o no. Una R indica que el campo es repetible • Histerisis La histéresis magnética, es el fenómeno que permite el almacenamiento de información en los platos de los discos duros o flexibles de los ordenadores: el campo induce una magnetización, que se codifica como un 0 o un 1 en las regiones del
disco. Esta codificación permanece en ausencia de campo, y puede ser leída posteriormente, pero también puede ser invertida aplicando un campo en sentido contrario. • Campo de medida con supresión de cero Es aquel rango de un instrumento cuyo valor mínimo se encuentra por encima del cero real de la variable. • Supresión de cero
Es la cantidad de desfase que hay por debajo del valor inferior del rango. • Campo de medida con elevación de cero. Es aquel rango de un instrumento cuyo valor mínimo se encuentra por debajo de cero de las variables. • Ruido Señales impuras que afectan a las diferentes señales del sistema de medición.
• Fiabilidad Es la probabilidad de que el instrumento permanezca en ciertos límites de error.
Características de los instrumentos • Resolución Es la de visualización a escala del instrumento. • Lineabilidad Es la proporcionalidad directa y libre de errores con equivalencias de alta
calibración. • Estabilidad Son los instrumentos de altas calidad, que tienen una probabilidad de tener una larga vida útil. • Temperatura de servicio
Son las temperaturas de trabajo del instrumento. • Vida útil de servicio La vida útil es la duración estimada que un objeto puede tener, cumpliendo correctamente con la función para el cual ha sido creado. Normalmente se calcula en horas de duración.
Clases de instrumentos Los instrumentos de medición y de control son relativamente complejos y su función
puede comprenderse bien si están incluidos dentro de una clasificación adecuada. Como es lógico, pueden existir varias formas para clasificar los instrumentos, cada una de ellas con sus propia s ventajas y limitaciones Una de las más sencillas es la clasificación de acuerdo con la función del instrumento.
Clasificación de los instrumentos de acuerdo con la función del instrumento.
• Instrumentos ciegos. No tienen indicación visible, son todos aquellos que generalmente son de
manipulación como interruptores, termostatos, presos tatos, válvulas, transmisores etc. que solo cumplen con su trabajo sin la necesidad de expresar los cambios
graduales de la señal • Instrumentos indicadores. Poseen una escala para expresar la equivalencia de los datos al operario, pueden ser manómetros, tensiómetros, entre otros. Pueden ser concéntricos, excéntricos y
digitales.
• Instrumentos registradores. Expresan la señal con trazos continuos a puntos.
Clasificación de los instrumentos de acuerdo con la función del instrumento.
• Elementos primarios de medición. • Transmisores, Convertidores y Controladores. Los transmisores y controladores son de la misma manera que los convertidores, solo
varían en la nomenclatura teniendo en cuenta que: P: PRESION. T: TEMPERATURA O TRANSMISOR. L: NIVEL (LEVEL). F: FLUJO. I: INDICADOR O CORRIENTE. C: CONTROLADOR.
R: REGISTRADOR. • CON TODO ESTO YA PODEMOS CONSTRUIR UN SISTEMA GRAFICO CON SU
INSTRUMENTACION: 1. Válvula de paso. 2. Indicador de nivel de cristal. 3. Tanque. 4. motobomba.
5. válvula controlada.
Clasificación de los instrumentos de acuerdo con la función del instrumento.
• Receptores. Un receptor es una estructura de un ser vivo que detecta diferentes estímulos del medio y los transmite al sistema nervioso para que este genere una respuesta mediante un efecto. Para que se active el estímulo, debe superar la umbral de excitación. Los receptores son específicos, esto quiere decir que solo reciben un tipo
de estímulo dependiendo del receptor como ejemplo el foto receptor se estimula solo con luz. • Elemento final de control.
Presión Es una magnitud física que mide la fuerza por unidad de superficie y sirve
para caracterizar como se aplica una determinada fuerza resultante sobre
una superficie.
En el sistema internacional de unidades SI la presión se mide en una unidad
derivada que se denomina pascal Pa que es equivalente a una fuerza total
de un newton actuando uniformemente en un metro cuadrado.
Presión absoluta y relativa. En determinadas aplicaciones la presión se mide no como la presión
absoluta si no como la presión por encima de la presión atmosférica
denominándose presión relativa , presión normal, presión de gauge o
presión manométrica.
Consecuentemente la presión absoluta es la presión atmosférica mas la
presión manométrica presión que se mide con el manómetro.
• PRESION DE VACIO: es aquella que se mide como la diferencia
entre una presión atmosférica y la presión absoluta cero
absoluto.
• PRESION ATMOSFERICA: es la presión medida con referencia a
la presión atmosférica la diferencia entre la presión medida y la
presión atmosférica real.
• PRESION HIDROSTATICA: es la presión existente bajo la superficie
de un liquido ejercida por el mismo
• PRESION DE LINEA: es la fuerza ejercida por el fluido por unidad
de superficie sobre las paredes de una conducción por la que
circula.
• PRESION DIFERENCIAL: es la diferencia entre un determinado
valor de presión y otro utilizado como referencia.
Clasificación de los medidores de Presión 1. Mecánicos de tubo Bourdon, fuelle y diafragma. 2. Electromecánicos de equilibrio de fuerzas, resistivos, magnéticos, capacitivos, de
galgas extenso métricas, piezoeléctricos y de silicio difundido.
3. Transductores electrónicos de vacío de fuelle y diafragma, de comprensión, de fundamento térmico y de ionización.
Medidores de presión Manómetros diferenciales, Switch de presión,
transmisores, etc.
Simbología para indicadores de presión
Medidores de presión
Manómetro de seguridad con frontal solido
Manómetro analógico
Manómetro para baja presión
Temperatura.
La temperatura es una magnitud referida a las
nociones comunes de caliente o frío, por lo general
un objeto mas “caliente” tendrá una mayor
temperatura. En física, se define como
una magnitud escalar relacionada con la energía
interna de un sistema termodinámico. Más
específicamente, está relacionada directamente
con la parte de la energía interna conocida como
“energía cinética” que es la energía asociada a los
movimientos de las partículas del sistema, sea en un
sentido traslacional, rotacional, o en forma
de vibraciones. A medida de que sea mayor la
energía cinética de un sistema, se observa que éste
se encuentra más “caliente” es decir, que su
temperatura es mayor.
Temperatura.
El termómetro es un instrumento de medición de
temperatura. Desde su invención ha evolucionado
mucho, principalmente a partir del desarrollo de los termómetros electrónicos digitales.
Escala de Temperaturas
La temperatura se mide con termómetros, los cuales pueden
ser calibrados de acuerdo a alguna de las escalas que dan
lugar a unidades de medición de la temperatura. En el sistema
internacional de unidades , la unidad de temperatura es el
grado Kelvin (K), y la escala correspondiente es la escala Kelvin
absoluta, que asocio el valor “cero Kelvin (0 K) ” al “cero
absoluto”. Y se gradúa con un tamaño de grado igual al del
grado Celsius. Sin embargo, fuera del ámbito científico el uso
de otras escalas de temperatura es común. La escala mas
extendida es la Celsius (antes llamada centígrada) y en mucho
menor medida, y prácticamente solo en Estados Unidos la
escala Fahrenheit. También se usa a veces la escala Rankine
(R) que establece su punto de referencia en el mismo punto
de referencia en el mismo punto de la escala Kelvin, el cero
absoluto, pero con un tamaño de grado igual a Fahrenheit, y es
usada únicamente en los Estados Unidos, y solo en algunos campos de la ingeniería.
Escalas de medición
Las escalas de medición de la temperatura se
dividen fundamentalmente en dos tipos, las
relativas y las absolutas . Los valores que se puede
adoptar la temperatura en cualquier escala de
medición, no tienen un nivel máximo, sino un nivel
mínimo: el cero absoluto. Mientras que las escalas
absolutas se basan en el cero absoluto, las
relativas tienen otras formas de definirse.
Medidores de temperatura (termopares)
Un termopar es un sensor de temperatura que
consiste en dos conductores metálicos diferentes,
unidos en un extremo, denominado junta caliente
suministrando una señal de tensión eléctrica que
depende directamente de la temperatura; este
sensor puede ser conectado a un instrumento de
medición de FEM (fuerza electro motriz) o sea un
milivoltímetro o potenciómetro.
Un termopar no mide temperaturas absolutas, sino
la diferencia de temperatura entre el extremo
caliente y el extremo frío.
EXISTEN MUCHOS METODOS CONFIABLES Y PRECISOS PARA MEDIR EL
FLUJO. ALGUNOS SON APLICADOS SOLAMENTE A LIQUIDOS, OTROS A
GASES Y A VAPORES. EL FLUIDO PUEDE SER LIMPIO O SUCIO, SECO O
HUMEDO, EROSIVO CORROSIVO.
LAS CONDICIONES TALES COMO PRESION,TEMPERATURA,
VISCOSIDAD, ETC. PUEDEN VARIAR.
APLICACIÓN DE FLUJO MEDIR LAS CANTIDADES DE GASES O LIQUIDOS UTILIZADOS ES UN
PROCESO DADO.
CONTROLAR LAS CANTIDADES ADICIONALES DE DETERMINADAS
SUSTANCIAS APORTADAS EN CIERTAS FACES DEL PROCESO.
MANTENER UN PROPORCION DADA ENTRE LOS FLUIDOS.
MEDIR EL REPARTO DE VAPOR DE UNA PLANTA
VARIABLES DE INSTRUMENTACION DE FLUJO
TIPOS PRINCIPALES DE MEDICION
CAUDALES VOLUMETRICAS.
CAUDALES DE MASA O MASICOS.
CAUDALES VOLUMETRICOS. SE MIDE EN :
CAUDAL POR PRECION DIFERENCIAL.
TURBINAS
MEDIDOR DE DESPLAZAMINETO POSITIVO
RATOMETROS
CAUDALES DE MASA
SE MIDE EN:
PLACA DE ORIFICIO
TUBERIAS
TUBO DE VENTURI
TUBO DE PITOT
TUBO DE ANNUBAR
FACTORES QUE INFLUYEN
LOS FACTORES PRINCIPALES QUE INFUYEN EN EL CAUDAL DE UN
FLUIDO QUE CIRCULA POR UNA TUBERIA SON:
VELOCIDAD DE FLUIDO
RAZONAMIENTO DE FLUIDO CON EL TUBO O FRICCION EN
CONTACTO CON LA TUBERIA.
VISCOSIDAD DEL FLUIDO
DENSIDAD DEL FLUIDO
TEMPERATURA
PRECION
POSICION: LUGAR DONDE SE ENCUENTRA UN CUERPO RESPECTO DE UN SISTEMA DE REFERENCIA.
VELOCIDAD: MAGNITUD VECTORIAL QUE DETERMINA LA RELACION ENTRE EL ESPACIO RECORRIDO POR UN CUERPO Y EL TIEMPO QUE TARDA EN RECORRERLO
FUERZA: ACCION QUE AL ACTUAR SOBRE UN CUERPO PROVOCA UN CAMBIO DE
SU ESTADO DE REPOSO A DE MOVIMIENT O.
MASA: MAGNITUD FUNDAMENTAL QUE REPRESENTA LA CANTIDAD DE MATERIA DE UN CUERPO.
PESO: FUERZA CON LA QUE UN CUERPO ATRAE A OTRO.
VALTAJE: VALOR DE LA TENCION ELECTRICA QUE ACTU EN UN APARATO ELECTRICO O CIRCUITO.
CORRIENTE: FLUJO REGULAR DE CARGA ELECTRICA QUE PASA POR UN PUNTO DETERMINADO.
POTENCIA: MAGNITUD FISICA QUE DETERMINA LA RELACION ENTRE EL TRABAJO
REALIZADO POR UN CUERPO Y EL TIEMPO QUE TARDA EN REALIZARLO.
Variables Mecánicas
Voltaje. Valor de la tensión eléctrica que actúa en un aparato
eléctrico o circuito.
Corriente. Flujo regular de carga eléctrica que pasa por un
punto determinado.
Potencia. Magnitud físico que determina la relación entre e
trabajo realizado por un cuerpo y el tiempo que tarda en
realizarlo.
Factor de potencia.
Consumo energético.
Variables Eléctricas
El nivel es una variable importante para algunas industrias y
en otras es indispensable, tales como la del papel y la del
petróleo, por mencionar algunas. Los instrumentos para la
medición de nivel varían en complejidad de acuerdo con la
aplicación y su dificultad.
En la selección correcta de un instrumento para la medición
de nivel intervienen en mayor o menor grado los siguientes
factores:
1. Rango de medición. 2. Naturaleza del fluido que va a ser medido.
3. Condiciones de operación.
Nivel
Ejemplos de nivel de variable de instrumentación Niveles en Tanques Abiertos Los instrumentos que se usan para la medición de nivel en tanques
abiertos se clasifican dentro de varias categorías: visuales, de
presión o cabeza hidrostática (columna de agua), de contacto
directo o sea flotadores y otros tipos.
Presión Hidrostática Una columna liquida crea una presión hidrostática directamente
proporcional a la altura del liquido arriba del punto de referencia.
Un elemento de presión apropiado, conectado adecuadamente al
proceso, mide el nivel del liquido en unidades apropiadas para las
cuales se debe calibrar cada elemento. Los instrumentos que con
mas frecuencia se usan para medir nivel por presión hidrostática son
el tipo de burbujeo y la caja de diafragma.
Tipo Diafragma
Esta unidad emplea un diafragma flexible, el cual esta expuesto
al material sólido en un tanque de almacenamiento.
Tipo de Tuerca - Paleta
Un diafragma típico de este sistema el vástago de la unidad
esta guiada por un motor síncrono. Cuando la rotación de la
paleta se obstaculiza por el material sólido, causa que el
soporte del motor y la caja de engranes giren en un plano
horizontal, en este momento se energizan dos pequeños
interruptores en orden consecutivo.