Instrumentación:
conjunto de instrumentos y equipo asociado o su aplicación con el propósito de observar, medir, transmitir señales, convertir de señales o cualquier combinación de estas.
Importancia de la instrumentación:
- Los instrumentos realizan las actividades de medición y control.
- Liberan al hombre de su actuación física directa en procesos industriales.
- Permiten la labor de supervisión y vigilancia.
- Permiten la fabricación de productos complejos, de mejor calidad, en menor tiempo y con menor costo.
Instrumento:
dispositivo directa o indirectamente usado para medir y/o controlar una variable, incluye, elementos primarios, elementos finales de control, dispositivos de cómputo y dispositivos eléctricos.
Clasificación de los instrumentos:
Se clasifican en dos; la primera relacionada con la función del instrumento y la segunda con la variable del proceso.
Función del instrumento:
Ciegos, Indicadores, Registradores, Sensores, Transmisores Transductores, Convertidores Receptores, Controladores.
Por la variable del proceso:
Caudal, Nivel, Presión, Temperatura, Densidad y peso específico, Humedad y punto de roció, Viscosidad, Posición, Velocidad.
Instrumentos ciegos son aquellos que no tienen indicación visible de la variable, que poseen una escala exterior con un índice de selección de la variable tales como presos tatos y termostatos.
Los instrumentos indicadores:
disponen de un índice y de una escala graduada en la que puede leerse el valor de la variable, se dividen en indicadores concéntricos y excéntricos.
Los instrumentos registradores:
registran con trazo continuo a puntos la variable, y pueden ser circulares o de gráfico rectangular o alargado según sea la forma del gráfico.
Los sensores:
captan el valor de la variable de proceso y envían una señal de salida predeterminada, puede formar parte de otro instrumento (transmisor) o estar separado.
Los transmisores:
captan la variable de proceso a través del elemento primario y la transmiten a distancia en forma de señal neumática de margen 3 a 15 psi o electrónica de 4 a 20 mA de corriente continua o digital.
Los transductores:
reciben una señal de entrada función de una o más cantidades físicas y la convierten modificada o no a una señal de salida, convierten la energía de entrada de una forma a energía de salida en otra forma.
Los convertidores:
son aparatos que reciben una señal de entrada neumática (3-15 psi) o electrónica (4-20 mA c.c.) procedente de un instrumento y después de modificarla envían la resultante en forma de señal de salida estándar.
Los receptores reciben las señales procedentes de los transmisores y las indican o registran. Los receptores controladores envían otra señal de salida normalizada a los valores ya indicados 3-15 psi en señal neumática o 4-20 mA c.c. en señal electrónica.
De acuerdo con la función de la variable del proceso:
Esta clasificación corresponde específicamente al tipo de las señales medidas siendo independiente del sistema empleado en la conversión de la señal de proceso.
Definiciones en control (range) :
El campo de medida es el espectro o conjunto de valores de la variable medida que están comprendidos dentro de los límites superior e inferior de la capacidad de medida, de recepción o de transmisión del instrumento.
Alcance (span)
Es la diferencia algebraica entre los valores superior e inferior del campo de medida del instrumento.
Error:
es la desviación que presentan las medidas prácticas de una variable de proceso con relación a las medidas teóricas o ideales.
- Error = Valor leído en el instrumento – Valor ideal de la variable medida.
- Error absoluto = Valor leído – Valor verdadero.
- Error relativo = Error absoluto / Error verdadero.
Exactitud (accuracy):
es la cualidad de un instrumento de medida por la que tiende a dar lecturas próximas al valor verdadero de la magnitud medida,es el grado de conformidad de un valor indicado a un valor estándar aceptado o valor idea.
Precisión
Es la cualidad de un instrumento por la que tiende a dar lecturas muy próximas unas a otras, es decir, es el grado de dispersión de las mismas.
Zona muerta (dead zone o dead band):
es el campo de valores de la variable que no hace variar la indicación o la señal de salida del instrumento, es decir, que no produce su respuesta.
Sensibilidad (sensitivity): es la razón entre el incremento de la señal de salida o de la lectura y el incremento de la variable que lo ocasiona, después de haberse alcanzado el estado de reposo.
Repetitibilidad (repeatibility): Es la capacidad de un instrumento de repetir o reproducir las posiciones del instrumento al medir repetidamente valores idénticos de la variable operacional, en las mismas condiciones de servicio y en el mismo sentido de la variación.
histerisis (hysteresis): es la diferencia máxima que se observa en los valores indicados por el índice o la pluma del instrumento o la señal de salida para el mismo valor cualquiera del campo de medida.
Medición de temperatura:
es una de las más comunes y de las más importantes que se efectúan en los procesos industriales. Casi todos los fenómenos físicos están afectados por ella, se utiliza, frecuentemente, para inferir el valor de otras variables del proceso.
La detección, medición y control de temperatura en procesos industriales es deseada en los siguientes casos:
- En operaciones que involucran transferencia de calor.
- Control de reacciones químicas sensibles a la temperatura.
- Operación de equipos, como torres de destilación, etc.
- Monitoreo del funcionamiento de equipo rotatorio.
- Control de temperatura de productos y límites de planta.
Los instrumentos de temperatura utilizan diversos fenómenos que son influidos por la temperatura:
- Variaciones en volumen o en estado de los cuerpos.
- Variación de resistencia de un conductor.
- Generación de una f.e.m. creada en la unión de dos metales distintos.
- Intensidad de la radiación total emitida por el cuerpo.
- Otros fenómenos utilizados en laboratorio.
Termómetro de vidrio:
consta de un depósito de vidrio que contiene, por ejemplo, mercurio y que al calentarse, se expande y sube en el tubo capilar.
(Mercurio -35 °C hasta +280 °C)
Termómetro bimetálico:
Los termómetros bimetálicos se fundamentan en el distinto coeficiente de dilatación de dos metales diferentes.
Termómetro de resistencia:
La medida de temperatura utilizando sondas de resistencia depende de la variación de resistencia en función de la temperatura, que es propia del elemento de detección.El metal que presenta una relación resistencia-temperatura altamente estable es el Platino. Otros metales utilizados son el níquel, tungsteno y cobre.
Termómetro de resistencia (níquel):
Mas barato que el Pt y posee una resistencia más elevada con una mayor variación por grado, el interés de este material lo presenta su sensibilidad.
Termómetro de resistencia (cobre):
El cobre tiene una variación de resistencia uniforme en el rango de temperatura cercano a la ambiente; es estable y barato, pero tiene el inconveniente de su baja resistividad.
Termistores:
son semiconductores electrónicos con un coeficiente de temperatura de resistencia negativo de valor elevado, por lo que presentan unas variaciones rápidas, y extremadamente grandes, para los cambios, relativamente pequeños, en la temperatura.
Termopares (termocuplas):
se basa en el efecto, descubierto por Seebeek en 1821, de la circulación de una corriente en un circuito cerrado formado por dos metales diferentes cuyas uniones se mantienen a distinta temperatura.