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2 Definiciones y Conceptos

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Instrumentación Industrial
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1 Definiciones y Conceptos Normas Variable NIVEL Variable PRESIÓN Variable TEMPERATURA Variable FLUJO ACTUADORES Instrumentación Industrial Universidad Central de Venezuela Elaborado por: Hans García; 2014 . Pág. 1 Curso Instrumentación Industrial DISTRIBUCIÓN MÁQUINA O INSTALACIÓN ACCIONADORES DETECCIÓN TRATAMIENTO MANDO DE POTENCIA DIÁLOGO HUMANO-MÁQUINA Esquema de un automatismo Esquema General de un Automatismo
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Definiciones y Conceptos

Normas

Variable NIVEL

Variable PRESIÓN

Variable TEMPERATURA

Variable FLUJO

ACTUADORES

Instrumentación

Industrial

Universidad Central de Venezuela

Elaborado por: Hans García; 2014 . Pág. 1Curso Instrumentación Industrial

DISTRIBUCIÓN

MÁQUINA OINSTALACIÓN

ACCIONADORES

DETECCIÓN

TRATAMIENTO

MANDO

DE

POTENCIA

DIÁLOGO HUMANO-MÁQUINA

Esquemade unautomatismo

Esquema General de un Automatismo

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Definiciones y Conceptos

Normas

Variable NIVEL

Variable PRESIÓN

Variable TEMPERATURA

Variable FLUJO

ACTUADORES

Instrumentación

Industrial

Universidad Central de Venezuela

Elaborado por: Hans García; 2014 . Pág. 2Curso Instrumentación Industrial

Definiciones Básicas en Instrumentación

Instrumento: dispositivo para medir y controlar

Instrumentación: colección de instrumentos

Sensor o Elemento Primario: mide variable básica

Transmisor: acondicionador de señales

Transductor: convertidor de señales

Controlador: regula o controla variable de proceso

Actuador (EFC): actúa sobre la variable manipulada

Indicador/Registrador: muestran/almacenaninformación de señales

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Definiciones y Conceptos

Normas

Variable NIVEL

Variable PRESIÓN

Variable TEMPERATURA

Variable FLUJO

ACTUADORES

Instrumentación

Industrial

Universidad Central de Venezuela

Elaborado por: Hans García; 2014 . Pág. 3Curso Instrumentación Industrial

Aplicación a un sistema industrial

Variable controladao medida

PLANTA o PROCESO

Perturbaciones

Variable manipulada

EFC

Transductor de Señal

CONTROLADOR Transmisor

Sensor

Registrador Alarmas

Set Point

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Definiciones y Conceptos

Normas

Variable NIVEL

Variable PRESIÓN

Variable TEMPERATURA

Variable FLUJO

ACTUADORES

Instrumentación

Industrial

Universidad Central de Venezuela

Elaborado por: Hans García; 2014 . Pág. 4Curso Instrumentación Industrial

Sensores: Clasificación (1)

1- Según el principio físico en que se basan Hidrostáticos

Sónicos

Inductivos

Fotovoltaicos

Termomagnéticos

Piezoeléctricos

Deformación elástica

Hidrodinámicos

Resistivos

Capacitivos

Electromagnéticos

Termoeléctricos

Iónico/Radioactivos

Otros

2- Según su salida

• Mecánicos

(3-15 psi)

• Eléctricos

(4-20 mA))

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Definiciones y Conceptos

Normas

Variable NIVEL

Variable PRESIÓN

Variable TEMPERATURA

Variable FLUJO

ACTUADORES

Instrumentación

Industrial

Universidad Central de Venezuela

Elaborado por: Hans García; 2014 . Pág. 5Curso Instrumentación Industrial

Sensores: Clasificación (2)

3- Según la variable que miden

Analítico

Humedad

CorrienteEléctrica

Velocidad

Flujo

Temperatura

Presión

Nivel

SENSOR

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Definiciones y Conceptos

Normas

Variable NIVEL

Variable PRESIÓN

Variable TEMPERATURA

Variable FLUJO

ACTUADORES

Instrumentación

Industrial

Universidad Central de Venezuela

Elaborado por: Hans García; 2014 . Pág. 6Curso Instrumentación Industrial

Sensores: Clasificación (3)

4- Según su función

INSTRUMENTOS

Ciegos

Indicadores

Registradores

Elementos primarios

Transmisores

Transductores

Receptores

Controladores

Elementos Finales de Control

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Definiciones y Conceptos

Normas

Variable NIVEL

Variable PRESIÓN

Variable TEMPERATURA

Variable FLUJO

ACTUADORES

Instrumentación

Industrial

Universidad Central de Venezuela

Elaborado por: Hans García; 2014 . Pág. 7Curso Instrumentación Industrial

Instrumentación: definiciones detalladas

Campo de Campo de medidamedidao o RangoRango (Range)

Conjunto de valoresentre mín. y máx. de la variable medida

AlcanceAlcance (Span) Diferencia algebraicaentre valor superior e

inferior del campo

ErrorError (Error)Diferencia entre valor leído por instrumento

y valor real

Error absoluto = Valor leído – Valor vedadero

Error relativo =Error absoluto

Valor vedadero

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Definiciones y Conceptos

Normas

Variable NIVEL

Variable PRESIÓN

Variable TEMPERATURA

Variable FLUJO

ACTUADORES

Instrumentación

Industrial

Universidad Central de Venezuela

Elaborado por: Hans García; 2014 . Pág. 8Curso Instrumentación Industrial

Instrumentación: definiciones detalladas

ExactitudExactitud(Accuracy)(Accuracy)

Límites de los errorescometidos cuado el

instrumento se emplea en condiciones normales.

- % del alcance

- en unidades de la variable medida

- % de la lectura

- % de máx. de campo de medida

Se expresa en términos de “inexactitud”

PrecisiPrecisióónn Cualidad de un instrumento para dar

lecturas muy próximas.

Un instrumento puede tener pobreexactitud pero gran precisión

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Definiciones y Conceptos

Normas

Variable NIVEL

Variable PRESIÓN

Variable TEMPERATURA

Variable FLUJO

ACTUADORES

Instrumentación

Industrial

Universidad Central de Venezuela

Elaborado por: Hans García; 2014 . Pág. 9Curso Instrumentación Industrial

Instrumentación: definiciones detalladas

Ejemplos:

1) % de alcanceLectura: 80 gpm; Alcance: 110 gpm; Exactitud: 0.5% Valor real: …………………………………………..

2) % de lecturaLectura: 30 kPa; Exactitud: 0.5%

Valor real: …………………………………………..

CALC

Ejemplo: medidor de flujo. Mide de 10 a 120 gpm

Rango: …………………………

Alcance: ………………………

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Definiciones y Conceptos

Normas

Variable NIVEL

Variable PRESIÓN

Variable TEMPERATURA

Variable FLUJO

ACTUADORES

Instrumentación

Industrial

Universidad Central de Venezuela

Elaborado por: Hans García; 2014 . Pág. 10Curso Instrumentación Industrial

Instrumentación: definiciones detalladas

ZonaZona muertamuerta(Dead Zone)

Campo de valores queno hace variar

indicación de salida

SensibilidadSensibilidad(Sensitivity)

Relación incrementode lectura /

incremento de variable

RepetibilidadRepetibilidad(Repetibility)

Capacidad de reproducción de salida del instrumento al

medir valores idénticos de la variable recorriendo todo el campo en el mismo sentido

ReproductibilidadReproductibilidad(Reproductibility)

Capacidad de reproducción de salida del instrumento al

medir valores idénticos de la variable recorriendo todo el campo en ambos sentidos

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Definiciones y Conceptos

Normas

Variable NIVEL

Variable PRESIÓN

Variable TEMPERATURA

Variable FLUJO

ACTUADORES

Instrumentación

Industrial

Universidad Central de Venezuela

Elaborado por: Hans García; 2014 . Pág. 11Curso Instrumentación Industrial

Instrumentación: definiciones detalladas

Ejemplo:

Instrumento con:

Alcance: 300 ºC; Zona Muerta: ±0.1%

Zona Muerta: ……………………………………….

CALC

Ejemplo:

Transmisor con:

Rango: 0 – 10 bar; Señal de salida: 4 – 20 mA

Presión pasa de: 5 5.5 bar;

Señal de salida cambia de: 11.9 12.3 mA

Sensibilidad:

(12.3 – 11.9) / (20 – 4)(5.5 – 5) / (10 – 0)

= ± 0.5

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Definiciones y Conceptos

Normas

Variable NIVEL

Variable PRESIÓN

Variable TEMPERATURA

Variable FLUJO

ACTUADORES

Instrumentación

Industrial

Universidad Central de Venezuela

Elaborado por: Hans García; 2014 . Pág. 12Curso Instrumentación Industrial

Instrumentación: definiciones detalladas

IncertidumbreIncertidumbre(Uncertainty)

Dispersión de los valores medidos

Causas:

Condiciones ambientales Lecturas diferentes por operadores diferentes Inexactitud de instrumentos patrones Calibración defectuosa

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Definiciones y Conceptos

Normas

Variable NIVEL

Variable PRESIÓN

Variable TEMPERATURA

Variable FLUJO

ACTUADORES

Instrumentación

Industrial

Universidad Central de Venezuela

Elaborado por: Hans García; 2014 . Pág. 13Curso Instrumentación Industrial

Instrumentación: definiciones detalladas

IncertidumbreIncertidumbre (continuación)

CCáálculolculo

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Definiciones y Conceptos

Normas

Variable NIVEL

Variable PRESIÓN

Variable TEMPERATURA

Variable FLUJO

ACTUADORES

Instrumentación

Industrial

Universidad Central de Venezuela

Elaborado por: Hans García; 2014 . Pág. 14Curso Instrumentación Industrial

Instrumentación: definiciones detalladas

HistHistééresisresis(Hysteresis)

Máx. diferencia paramismo valor del

campo de medida al recorrer toda la escala

en ambos sentidos

““RangeabilityRangeability”” Relación señalmáxima/mínima

Dinámica de medida

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Definiciones y Conceptos

Normas

Variable NIVEL

Variable PRESIÓN

Variable TEMPERATURA

Variable FLUJO

ACTUADORES

Instrumentación

Industrial

Universidad Central de Venezuela

Elaborado por: Hans García; 2014 . Pág. 15Curso Instrumentación Industrial

Instrumentación: definiciones detalladas

Campo de Campo de medidamedidacon con elevacielevacióónn de cerode cero

Campo: valor cero > valor inferior

Ejemplos:

1)Campo: -50ºC a +220ºC; Campo de medida con elevación de cero: ……………

2) Campo: +30ºC a +400ºC;

Campo de medida con supresión de cero: ………

Campo de Campo de medidamedidacon con supresisupresióónn de cerode cero

Campo: valor cero < valor inferior

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Definiciones y Conceptos

Normas

Variable NIVEL

Variable PRESIÓN

Variable TEMPERATURA

Variable FLUJO

ACTUADORES

Instrumentación

Industrial

Universidad Central de Venezuela

Elaborado por: Hans García; 2014 . Pág. 16Curso Instrumentación Industrial

Instrumentación: ejercicio

1) Máx. Sobrepresión que soporta el instrumentoen modo seguro = …………………………………………………….

2) Alcance (Span) del instrumento = ………………………………

3) Exactitud en una medida de 150 bar = ………………………….

º C-25 + 125Temperatura operación

± % (Máx.Rango)< 0.25Exactitud

mAmA

420

Corriente de salida:Cero PresiónMáx. Presión

Ohm1150Manejo de carga

mA<25Consumo

VDC18 – 41Alimentación

% (Máx. Rango)150Sobrepresión en modo seguro

Bar0.1 – 600Rango

UNIDADESDS200CARACTERÍSTICAS

CALC

Ejemplos:

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Definiciones y Conceptos

Normas

Variable NIVEL

Variable PRESIÓN

Variable TEMPERATURA

Variable FLUJO

ACTUADORES

Instrumentación

Industrial

Universidad Central de Venezuela

Elaborado por: Hans García; 2014 . Pág. 17Curso Instrumentación Industrial

Dispositivos básicos:Reóstato o Potenciómetro

Terminales eléctricos

Terminaleseléctricos

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Definiciones y Conceptos

Normas

Variable NIVEL

Variable PRESIÓN

Variable TEMPERATURA

Variable FLUJO

ACTUADORES

Instrumentación

Industrial

Universidad Central de Venezuela

Elaborado por: Hans García; 2014 . Pág. 18Curso Instrumentación Industrial

Linealidad de los potenciómetros

Dispositivos básicos:Reóstato o Potenciómetro

En un potenciómetro lineal, la resistencia está distribuidauniformemente en su longitud.

Para muchas aplicaciones industriales basta una linealidadde hasta ±10%.

En aplicaciones de medición, se requieren linealidades delorden de ± 0.1%

Ejemplo

Potenciómetro de 500 Ω con linealidad de 0.1%:

Resistencia real se desvía de resistencia medida enno más de ± 0.5 Ω

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Definiciones y Conceptos

Normas

Variable NIVEL

Variable PRESIÓN

Variable TEMPERATURA

Variable FLUJO

ACTUADORES

Instrumentación

Industrial

Universidad Central de Venezuela

Elaborado por: Hans García; 2014 . Pág. 19Curso Instrumentación Industrial

Dispositivos básicos:Reóstato o Potenciómetro

Resis

tencia

0%

100%

Resistencia variable

Aplicaciones:

Posición Nivel Presión

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Definiciones y Conceptos

Normas

Variable NIVEL

Variable PRESIÓN

Variable TEMPERATURA

Variable FLUJO

ACTUADORES

Instrumentación

Industrial

Universidad Central de Venezuela

Elaborado por: Hans García; 2014 . Pág. 20Curso Instrumentación Industrial

Dispositivos básicos:Puente de Wheatstone

Puente balanceado:

VA = VB

IAmperímetro = 0

Entonces:

xR

R

R

R2

3

1=

Si R1 = R2 Rx = R3

Rx es la resistencia de medición (ejemplo: Pt100)

Se mide R3 calibrado en unidades de ingeniería [ºC]

Precisiones: hasta 0.01%

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Definiciones y Conceptos

Normas

Variable NIVEL

Variable PRESIÓN

Variable TEMPERATURA

Variable FLUJO

ACTUADORES

Instrumentación

Industrial

Universidad Central de Venezuela

Elaborado por: Hans García; 2014 . Pág. 21Curso Instrumentación Industrial

Dispositivos básicos:Tobera-Obturador [Nozzle-Flapper] (1)

Ps = alimentación (máx. 25 psi) R = restricción (Φ=0.1 mm)

Rv = tobera (Φ= 0.25 – 0.5 mm) X = posición obturador

Se calibra parapresión de salida:

3 psig tobera abierta a xmáx

15 psig tobera cerrada a x = 0

Escape de aire por tobera depende de “x”.

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Definiciones y Conceptos

Normas

Variable NIVEL

Variable PRESIÓN

Variable TEMPERATURA

Variable FLUJO

ACTUADORES

Instrumentación

Industrial

Universidad Central de Venezuela

Elaborado por: Hans García; 2014 . Pág. 22Curso Instrumentación Industrial

Dispositivos básicos:Tobera-Obturador [Nozzle-Flapper] (2)

TRANSMISOR DE EQUILIBRIO DE FUERZAS

Presión de proceso

Diafragma Flexible

Tobera

Asiento

de la tobera Presión de salida

Presión de alimentación

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Definiciones y Conceptos

Normas

Variable NIVEL

Variable PRESIÓN

Variable TEMPERATURA

Variable FLUJO

ACTUADORES

Instrumentación

Industrial

Universidad Central de Venezuela

Elaborado por: Hans García; 2014 . Pág. 23Curso Instrumentación Industrial

Dispositivos básicos:Tobera-Obturador [Nozzle-Flapper] (3)

20

15

12

9

6

3

[mm]

x

0.05 0.1 0.15

[psi]

Curva no lineal

Se modifica la tobera parasecciones del ordende 0.1 – 0.2 mm.La curva tiene entoncesuna zona lineal más extensa

Distancia Tobera-Obturador

Pre

sió

nd

e s

ali

da

Presión de alimentación PS

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Definiciones y Conceptos

Normas

Variable NIVEL

Variable PRESIÓN

Variable TEMPERATURA

Variable FLUJO

ACTUADORES

Instrumentación

Industrial

Universidad Central de Venezuela

Elaborado por: Hans García; 2014 . Pág. 24Curso Instrumentación Industrial

Dispositivos básicos:Transformador diferencial de variación lineal (LVDT) (1)

Principio:

Desplazamiento de un núcleo móvil (armadura) dentro de una bobina (transformador).

La auto inductancia de la bobina aumenta proporcionalmente a la porción del núcleo dentro de la bobina. Lo mismo el voltaje de salida en el bobinadosecundario.

Características:

Muy confiable Preciso Sencillo Económico

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Definiciones y Conceptos

Normas

Variable NIVEL

Variable PRESIÓN

Variable TEMPERATURA

Variable FLUJO

ACTUADORES

Instrumentación

Industrial

Universidad Central de Venezuela

Elaborado por: Hans García; 2014 . Pág. 25Curso Instrumentación Industrial

Dispositivos básicos:Transformador diferencial de variación lineal (LVDT) (2)

Si el núcleo está perfectamente centrado, los voltajes enambos devanados serán iguales, y por lo tanto su diferencia(voltaje de salida), será cero.

Page 26: 2 Definiciones y Conceptos

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Definiciones y Conceptos

Normas

Variable NIVEL

Variable PRESIÓN

Variable TEMPERATURA

Variable FLUJO

ACTUADORES

Instrumentación

Industrial

Universidad Central de Venezuela

Elaborado por: Hans García; 2014 . Pág. 26Curso Instrumentación Industrial

Dispositivos básicos:Transformador diferencial de variación lineal (LVDT) (3)

En la práctica, se conectan los dos devanados en serie.

Vsalida ~ ± desplazamiento del núcleo

Vsalida estándar: del orden de 0.5 ± 10 VAC

Núcleo se muevehacia arriba:Vsalida > 0

Núcleo se muevehacia abajo:Vsalida < 0

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Definiciones y Conceptos

Normas

Variable NIVEL

Variable PRESIÓN

Variable TEMPERATURA

Variable FLUJO

ACTUADORES

Instrumentación

Industrial

Universidad Central de Venezuela

Elaborado por: Hans García; 2014 . Pág. 27Curso Instrumentación Industrial

Dispositivos básicos:Transformador diferencial de variación lineal (LVDT) (4)

LVDT: resumen de características

Frecuencia de excitación del primario en el orden de 50 Hz hasta 25 kHz, siendo lo estándar 2.5 kHz.

La frecuencia de excitación se escoge de forma quesea unas 10 veces mayor que la frecuencia más altaque se espera del movimiento del núcleo.

Vienen comercialmente en versiones AC y DC. La versión DC incluye oscilador y circuitería amplificadoray demoduladora.

Su sensitividad es muy alta: del orden de algunosmV por milésima de pulgada.

Se acopla a distintos elementos sensores, tales como fuelles, diafragmas o pistones.

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Definiciones y Conceptos

Normas

Variable NIVEL

Variable PRESIÓN

Variable TEMPERATURA

Variable FLUJO

ACTUADORES

Instrumentación

Industrial

Universidad Central de Venezuela

Elaborado por: Hans García; 2014 . Pág. 28Curso Instrumentación Industrial

Dispositivos básicos:Transformador diferencial de variación lineal (LVDT) (5)

Núcleo móvil

Sec. 1

Sec. 2

Primario

Vástago

Circuiteríadecontrol

Ejemplo: medición de apertura de una válvula

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Definiciones y Conceptos

Normas

Variable NIVEL

Variable PRESIÓN

Variable TEMPERATURA

Variable FLUJO

ACTUADORES

Instrumentación

Industrial

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Elaborado por: Hans García; 2014 . Pág. 29Curso Instrumentación Industrial

TRANSMISORES

o Neumáticos Generan una presión variable entre 3 y 15

psi en el campo del 100% de la medida.

o Electrónicos Generan una señal eléctrica variable de

4 - 20 mA ó 0 -10 VDC.

o Digitales Generan un tren de bits con el valor de la

señal con una resolución de 1/2^n (n = número de bits)

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Definiciones y Conceptos

Normas

Variable NIVEL

Variable PRESIÓN

Variable TEMPERATURA

Variable FLUJO

ACTUADORES

Instrumentación

Industrial

Universidad Central de Venezuela

Elaborado por: Hans García; 2014 . Pág. 30Curso Instrumentación Industrial

TRANSMISIÓN DIGITAL

-Señal electrónicaoriginal.

-Transmisión vulnerable al ruido electromagnético

-Única detección: Línea Rota

Muestreo; Codificación; Digitalización.

Transmisión menos sujeta a ruido EM

Detección de errores

Manejo inteligente de la Información


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