Campo o alcance de indicación y de medida

Definiciones en control

Los instrumentos de control empleados en las industrias de proceso tales como química, petroquímica, alimenticia, metalúrgica, energética, textil, papel, etc., tienen su propia terminología; los términos empleados definen las carácterísticas propias de medida y de control y las estáticas y dinámicas de los diversos instrumentos utilizados: Indicadores, registradores, controladores, transmisores y válvulas de control.

Campo de medida (range)

Espectro o conjunto de valores de la variable medida que están comprendidos dentro de los limites superior e inferior de la capacidad de medida o de transmisión de los instrumentos; viene expresado estableciendo los dos valores extremos. Por ejemplo: el campo de medida de algunos instrumentos de temperatura es de 100-3000 oC.

Alcance (span)

Es la diferencia algebraica entre los valores superior e inferior del campo de medida del instrumento.

Error

Es la diferencia algebraica entre el valor leído o transmitido por el instrumentos y el valor real de la variable medida. Si el proceso esta en condiciones de régimen permanente existe el llamado error estático. En condiciones dinámicas el error varía considerablemente debido a que los instrumentos tienen carácterísticas comunes a los sistemas físicos: absorben energía del proceso y esta transferencia requiere cierto tiempo para ser transmitida, lo cual da lugar a retardos en la lectura del aparato. Siempre que las condiciones sean dinámicas, existirá en mayor o menor grado el llamado error dinámico (diferencia entre el valor instantáneo de la variable y el indicado por el instrumentos): su valor depende del tipo de fluido del proceso, de su velocidad, del elemento primario (termopar, bulbo y capilar), de los medios de protección (vaina), etc. El error medio del instrumentos es la media aritmética de los errores en cada punto de la medida determinados para todos los valores crecientes y decrecientes de la variable medida

Precisión (accuracy)

La precisión es la tolerancia de medida o de transmisión de los instrumentos y define los limites de los errores cometidos cuando los instrumentos se emplean en condiciones normales de servicio. Hay varias formas para expresar la precisión:

A) Tanto por ciento del alcance

B) Directamente, en unidades de la variable medida

C) Tanto por ciento de la lectura efectuada

D) Tanto por ciento del valor máximo del campo de medida

E) Tanto por ciento de la longitud de la escala

La precisión varia en cada punto del campo de medida si bien, el fabricante la especifica en todo el margen de los instrumentos indicando a veces su valor en algunas zonas de la escala. Por ejemplo: un manómetro puede tener una precisión de +1 % en toda la escala y de + 0.5 % en la zona central.

DEFINICIONES DE LOS INSTRUMENTOS

Cuando se desea obtener la máxima precisión de los instrumentos en un punto determinado de la escala, puede calibrarse únicamente para este punto de trabajo, sin considerar los valores restantes del campo de medida. Por ejemplo: un termómetro de 0-150oC y de + 1 % de precisión situado en un baño de temperatura constantes a 80oC, puede ser calibrado a este valor, de modo que su precisión en este punto de trabajo será la máxima que se pueda obtener con un termómetro patrón. Es obvio que para los valores restantes, en particular los correspondientes a los extremos de la escala, la precisión se apartará de + 1%.

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 de los instrumentos, es decir, que no produce su respuesta. Viene dada en tanto por ciento del alcance de la medida.

Sensibilidad (sensitivity)

Es la razón entre el incremento de la lectura y el incremento de la variable que lo ocasiona, después de haberse alcanzado el estado de reposo. Viene dada en tanto por ciento del alcance de la medida.

Repetibilidad (repeatability)

es la capacidad de reproducción de las posiciones de la pluma o del índice o de la señal de salida, de los instrumentos al medir repetidamente valores idénticos de la variable en las mismas condiciones de servicio y en el mismo sentido de variación, recorriendo todo el campo. Se considera en general su valor máximo (repetibilidad máxima) y se expresa en tanto por ciento del alcance; un valor representativo es el de ± 0,1 %.

Histéresis (hysteresis)

La histéresis es la diferencia máxima que se observa en los valores indicados por el índice o la pluma de los instrumentos para el mismo valor cualquiera del campo de medida, cuando la variable recorre toda la escala en los dos sentidos, ascendente y descendentes.

Campo de medida con elevación de cero

Es aquel campo de medida en el que el valor cero de la variable o señal medida es mayor que el valor inferior del campo. Por ejemplo, - 10 a 30 oC.

Campo de medida con supresión de cero

Es aquel campo de medida en el que el valor cero de la variable o señal medida es menor que el valor inferior del campo.

Elevación de cero

Es la cantidad con que el valor cero de la variable supera el valor inferior del Campo. Puede expresarse en unidades de la variable medida o en % del alcance.

Ruido

Cualquier perturbación eléctrica o señal accidental no deseadas que modifica la transmisión, indicación o registro de los datos deseados.

Linealidad

La aproximación de una curva de calibración a una línea recta especificada.

Linealidad basada en puntos

Falta de linealidad expresada en forma de desviación máxima con relación a una línea recta que pasa a través de los puntos dados correspondientes al cero y al 100 % de la variable medida.

Estabilidad

Capacidad de unos instrumentos para mantener su comportamiento durante su vida útil y de almacenamiento especificadas.

Temperatura de servicio

Campo de temperaturas en el cual se espera que trabaje el instrumento dentro de limites de error especificados.

Vida útil de servicio

Tiempo mínimo especificado durante el cual se aplican las carácterísticas de servicio continuo e intermitente del instrumentos sin que se presenten cambios en su comportamiento más allá de tolerancias especificadas.

Reproductibilidad

Capacidad de reproducción de unos instrumentos de las medidas repetitivas de la lectura o señal de salida para el mismo valor de la variable medida alcanzado en ambos sentidos, en las mismas condiciones de servicio y a lo largo de un periodo de tiempo determinado. Por ejemplo, un valor representativo sería +0.2 % del alcance de la lectura o señal de salida a lo largo de un periodo de 30 días.

Variables Físicas

Existen muchas variables que son de interés industrial y que pueden clasificarse como físicas y químicas.

Las variables físicas son aquellas relacionadas con las causas físicas que actúan sobre un cuerpo, con su movimiento o bien con las propiedades físicas de las sustancias. Entre ellas están: la presión, la temperatura, el nivel, el flujo, el peso, la velocidad, la densidad y el peso especifico, la humedad y el punto de rocío, la viscosidad y la consistencia, la llama, el oxigeno disuelto, la turbidez y la radiación solar.

Las variables químicas están relacionadas con las propiedades químicas de los cuerpos o con su composición. Entre ellas se encuentran la conductividad, el pH, redox, y la composición de los gases en una mezcla.

Peso

El peso de un cuerpo es la fuerza con que es atraído por la Tierra. La relación entre la masa del cuerpo, es decir, la cantidad de materia que contiene, y su peso viene dado por la expresión

P=mg en la que P = peso M =masa g = aceleración debida a la gravedad

Como la masa de un cuerpo es constante y la aceleración de la gravedad varia con el lugar (es de 9.78 en el ecuador y 9.83 en los polos) y también con la altura, es obvio que el peso del cuerpo variará según el lugar de la Tierra y la altura a que esté sobre el nivel del mar.

Velocidad

La medición de la velocidad en la industria se efectúa de dos formas: con tacómetros mecánicos y con tacómetros eléctricos. Los primeros detectan el número de vueltas del eje de la máquina por medios exclusivamente mecánicos pudiendo incorporar o no la medición conjunta del tiempo para determinar el número de revoluciones por minuto (r.P.M.), mientras que los segundos captan la velocidad por sistemas eléctricos.

Densidad y peso específico

La densidad o masa específica de un cuerpo se define como su masa por unidad de volumen, exprésándose normalmente en g/cm3. Como la densidad varía con la temperatura y con la presión (en los gases) se específica para un valor base de la temperatura que en los líquidos suele ser de 0oC o de 15ºC y en los gases de 0oC y para un valor estándar de la presión que en los gases es de 1 atmósfera. La densidad relativa es la relación para iguales volúMenes de las masas del cuerpo y del agua a 4ºC en el caso de líquidos, y en los gases la relación entre la masa del cuerpo y la del aire en condiciones normales de presión y de temperatura (0oC y 1 atmósfera).

El peso específico

es el peso del fluido por unidad de volumen. Por lo tanto, entre el peso específico y la densidad existirá la relación: Peso específico = densidad * g siendo g la aceleración debida a la gravedad. Si el peso específico y la densidad se refieren al agua en el caso de líquidos o al aire en el caso de gases (densidad relativa), como g tiene el mismo valor en el lugar donde se efectúa la medición, resultará que el peso específico relativo será igual a la densidad relativa.

Humedad y punto de rocío

Las variables humedad y punto de rocío son de extraordinaria importancia en la industria y se utilizan en el acondicionamiento de aire, en atmósferas protectoras empleadas en tratamientos térmicos, en secadores y humidificadores, en la industria textil, en la conservación de fibras, etc.. Varios términos se emplean al hablar de humedad o punto de rocío en el aire o en los gases:

Humedad absoluta

Cantidad de agua en Kg por Kg de aire seco.

Humedad relativa

Es el cociente entre la presión parcial del vapor de agua a una temperatura y la presión total del vapor de saturación y a la misma temperatura.

Punto de rocío

Es la temperatura límite a la que el vapor de agua existente en el aire o en el gas se condensa pasando al estado líquido.

Autómata

 Aquella clase de máquina en las que una fuente de energía accionaba un mecanismo ingeniosamente combinado, permitiendo imitar los movimientos de los seres animados”.

Concepto

“La automatización es un sistema donde se trasfieren tareas de producción, realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnológicos que tratan de aplicar sistemas mecánicos, electrónicos y de bases computacionales para operar y controlar la producción”

En concreto, este sistema funciona básicamente de la siguiente manera: mediante la utilización de captadores o sensores (que son esencialmente instrumentos de medición,

Modelo Estructural

La estructura de un sistema automatizado tiene dos partes claramente diferenciadas: la Parte Operativa formada por un conjunto de dispositivos, máquinas o subprocesos, diseñadas para la realización de determinadas funciones de fabricación; operaciones más o menos sofisticadas o bien de subprocesos. Asimismo tenemos también la Parte de Control o Mando, que independientemente de su implementación tecnológica electrónica, Neumática, Hidráulica, etc., es el dispositivo encargado de realizar la coordinación de las distintas operaciones encaminadas a mantener a la Parte Operativa bajo control. El sometimiento de la parte operativa se logra mediante el mantenimiento continuo de un intercambio de información entre la primera y la parte de control o mando. Dicho intercambio se establece a través de los captadores binarios, transductores analógicos, digitales y los dispositivos de preaccionamiento. A partir de los dos primeros se recoge información de los valores de las magnitudes físicas a controlar, así como de sus cambios de estado, enviando dicha información a la parte de control para su tratamiento.

Tipos

Existen algunos tipos de automatización en la industria moderna, de modo que se deberá analizar cada situación a fin de decidir correctamente el esquema más adecuado.

Automatización Fija.-

Es aquella asociada al empleo de sistemas lógicos tales como: los sistemas de relevadores y compuertas lógicas; sin embargo estos sistemas se han ido flexibilizando al introducir algunos elementos de programación como en el caso de los PLC’S o Controladores Lógicos Programables.

Carácterísticas:

- Fuerte inversión inicial para equipo de ingeniería.

- Altos índices de producción.

- Relativamente inflexible en adaptarse a cambios en el producto

La justificación económica para la automatización fija se encuentra en productos con grandes índices de demanda y volumen.

Automatización Programable

- Tiene las siguientes carácterísticas: - Fuerte inversión en equipo general. - Índices bajos de producción para la automatización fija. - Flexibilidad para lidiar con cambios en la configuración del producto. - Conveniente para la producción en lotes.

Control Numérico Computarizado

- Un mayor nivel de flexibilidad lo poseen las máquinas de control numérico computarizado. Este tipo de control se ha aplicado con éxito a Máquinas de Herramientas de Control Numérico (MHCN). Entre las MHCN podemos mencionar: – Erosionado.

Las MHCN poseen las siguientes ventajas:

Mayor precisión y mejor calidad de productos.

o Mayor uniformidad en los productos producidos.

o Un operario puede operar varias máquinas a la vez.

o Fácil procesamiento de productos de apariencia complicada.

o Flexibilidad para el cambio en el diseño y en modelos en un tiempo corto.

o Fácil control de calidad.

Automatización Flexible

- El mayor grado de flexibilidad en cuanto a automatización se refiere es el de los Robots industriales que en forma más genérica se les denomina como

"Celdas de Manufactura Flexible". Sistema de Manufactura Flexible resulta de un nuevo enfoque de la producción que con la aplicación de la tecnología ha creado sistemas altamente automatizados.

Es una filosofía de la producción que se basa en el control efectivo del flujo de materiales a través de una red de estaciones de trabajo muy versátiles y es compatible con diferentes grados de automatización. Está integrado por máquinas - herramientas enlazadas mediante un sistema de manejo de materiales automatizado operado automáticamente con tecnología convencional o al menos por un CNC (control numérico por computador).