Thursday, April 06, 2006

Tema 4
Introducción: Definiciones generales, clasificación de los instrumentos


No es suficiente el manejo de una misma simbología para poder comprender los proyectos de instrumentación industrial. También es necesario discutir y conversar utilizando los mismos términos y definiciones. En este capitulo se describen estas definiciones y posteriormente se establece una clasificación de la instrumentación industrial.

Definiciones:

a. Medición: Es la extracción de información de las variables o parámetros que actúan en los procesos o sistemas.

b. Rango o Campo de Medida: Espectro de valores de la variable medida que están comprendidos dentro de los límites superior o inferior de la capacidad de medida o de transmisión de instrumento. Esta representado por dos valores extremos. Ejemplo: Un termómetro que mide entre 29 y 45 ºC.

c. Alcance: Es la diferencia algebraica entre los valores extremos del rango. El alcance expresa con un solo numero, dado en unidades del proceso. Ejemplo: 16 ºC. El alcance también es conocido con los términos Gama o Amplitud, y con el termino Span del idioma ingles.

d. Características Estáticas: Son aquellos que deben considerarse cuando el instrumento es usado para medir una condición que no varia con el tiempo, o sea, en condiciones de régimen permanente.

e. Error estático: Es la diferencia algebraica entre el valor leído o transmitido por el instrumento y el valor real de la variable medida.

f. Sensibilidad: Es la razón entre el incremento de la lectura y el incremento de la variable que lo ocasiona, viene dada en tanto por ciento de la amplitud.

g. Zona Muerta: Es el campo de valores de la variable que no hacen variar la señal de salida del instrumento. Se expresa en tanto por ciento de la amplitud.

h. Repetibilidad: Es la capacidad de reproducción de las precisiones del indicador del instrumento, al medir repetidamente valores idénticos de la variable en las mismas condiciones de servicio y en el mismo sentido de variación, recorriendo toda la gama. Se considera en general su valor máximo y se expresa en tanto por ciento de la gama.

i. Histéresis: Es la diferencia máxima que se observa en los valores indicados por el indicador del instrumento para el mismo valor cualquiera del campo de medida, cuando la variable recorre toda la escala en los sentidos ascendente y descendente. Se expresa en tanto por ciento de la gama del instrumento. En todo caso el valor presentado en el indicador del instrumento depende de los valores precedentes. Típicamente la respuesta de un instrumento a la variación de la señal de entrada en sentido ascendente o descendente presenta una combinación de histéresis más banda muerta, por lo que para obtener el valor de histéresis, se debe primero conocer su banda muerta, y luego determinar la diferencia, véase figura 4.1.


j. Precisión: Representa la tolerancia de medidas o de transmisión del instrumento y define los limites de los errores cometidos cuando el instrumento se emplea con condiciones normales de servicio. Existen varias formas de expresarlos:
i. Tanto por ciento del alcance.
ii. Tanto por ciento del Rango máximo.
iii. Tanto por ciento de la lectura efectuada.
iv. Directamente, en unidades de la variable medida.

k. Velocidad de Respuesta: Es la rapidez con la cual el instrumento responde a cambios en la cantidad medida.

l. Retardo de Medición: Un retardo en la respuesta del instrumento a cambios en la variable medida.

m. Tiempo Muerto: Es un tipo de retardo donde el instrumento comienza a responder solamente cuando la variable ha cambiado en una magnitud lo suficientemente grande para vencer la inercia. El tiempo muerto depende de la velocidad con que la variable medida cambie y de la zona muerta del instrumento.

n. Error Dinámico: Es la diferencia entre el valor real de la cantidad que esta variando con el tiempo y el valor indicado por el instrumento, si se asume que no hay error estático. Hay error dinámico en todos los instrumentos, ya que se enfrentan a una transferencia de energía que requiere tiempo. Constituye un error adicional al error estático.

o. Fidelidad: Es el grado de acercamiento con el cual un instrumento indica los cambios en la variable medida sin aparecer errores dinámicos.

p. Deriva: Es una variación en la señal de salida del instrumento producida por una variable ajena al proceso medido. Típicamente es atribuida a condiciones ambientales. Ejemplo 25 mV/ ºC para instrumentos electrónicos. En la figura 4.2 se representa el aporte aditivo a la salida debido al calentamiento del instrumento.


Clasificación de los instrumentos.

Si observamos detenidamente la norma ISA-S5.1 puede observarse que los instrumentos se clasifican según los siguientes parámetros:

Según la variable que miden. Se tienen instrumentos para medir presión, caudal, nivel, etc.
Según su función: es el caso de para que se utiliza el instrumento, es decir, indicador, elemento primario, registrador, transmisor, elemento final de control, controlador, interruptor, etc.

En el primer caso se tiene la clasificación típica de los medidores, mientras que el segundo caso tiene que ver con la estructura de los lazos de control, es decir:

PROCESO
ALARMA
SALIDA
TRANSMISOR
REGISTRADOR
INDICADOR
Controlador
PUNTO DE OPERACIÓN (CONSIGNA)
ENTRADA
AGENTE
PERTURBACION
ELEMENTO FINAL DE CONTROL