Introduccion a la instrumentacion

1. INTRODUCCION A LA
INSTRUMENTACION
INSTRUCTOR: ING. JAIME M PEÑALOZA TRESPALACIOS

2. INSTRUMENTACION
Es el conocimiento de la correcta
aplicación de los equipos encaminados
para apoyar al usuario en la medición,
regulación, observación, transformación,
ofrecer seguridad, etc., de una variable
dada en un proceso productivo.

3. INSTRUMENTACION
Es el grupo de elementos que sirven para medir, controlar o registrar
variables de un proceso con el fin de optimizar los recursos utilizados en
éste.
La instrumentación es la ventana a la realidad de lo que esta sucediendo en
determinado proceso, lo cual servirá para determinar si el mismo va
encaminado hacia donde deseamos, y de no ser así, podremos usar la
instrumentación para actuar sobre algunos parámetros del sistema y
proceder de forma correctiva.
La instrumentación es lo que ha permitido el gran avance tecnológico de la
ciencia actual en casos tales como: los viajes espaciales, la automatización
de los procesos industriales y mucho otros de los aspectos de nuestro
mundo moderno; ya que la automatización es solo posible a través de
elementos que puedan sensar lo que sucede en el ambiente, para luego
tomar una acción de control pre-programada que actué sobre el sistema
para obtener el resultado previsto.

4. CONCEPTOS BASICOS
Automatización. Acción por la cual se ejecuta un proceso de producción sin la
intervención del operador de forma permanente.
Control Avanzado. Técnicas que se apartan del control convencional PID y
que se aplican en procesos muy complejos, no lineales, con retardos importantes y
acoplamiento entre las variables. Se emplean en general para mejorar el
rendimiento económico del proceso.
Control Distribuido. Control digital realizado “distribuyendo” el riesgo del
control único por ordenador en varios controladores o tarjetas de control de tipo
universal con algoritmos de control seleccionables por software. Los transmisores
electrónicos de campo, las tarjetas de control y la estación del operador están
unidos mediante una red de comunicaciones y cada componente se ubica en el
lugar más idóneo de la planta.
Control en Lazo Cerrado (feedback). La variable controlada se mide
constantemente y se compara con el valor de referencia. Si se produce desviación
entre ambos valores se aplica una acción correctora al elemento final de control
para retornar la variable controlada al valor deseado. Equivale a mantener el
controlador en modo automático.

5. CONCEPTOS BASICOS
Control Manual. El operador mantiene la variable controlada en su valor de
referencia modificando directamente el valor de la variable manipulada.
Control Todo-Nada. La salida del controlador se conmuta de abierta a
cerrada cuando la señal de error pasa por cero. Es la forma más simple de control,
donde el elemento final de control sólo puede ocupar una de las dos posiciones
posibles.
Controlador. Instrumento o función de software que compara la variable
controlada con un valor deseado y ejerce automáticamente una acción de
corrección de acuerdo con la desviación.
Dispositivo con una salida que varia para regular una variable de control de una
manera específica. Un controlador manual varía su salida automáticamente en
respuesta a una entrada directa o indirecta de un proceso variable. Un controlador
manual es una estación manual de carga y su salida no depende de una medida de
un proceso variable pero puede variarse solamente por medio de un procedimiento
manual.
Controlador Programable. Instrumento basado en microordenador que
realiza funciones de secuencia y enclavamiento de circuitos y, como complemento,
funciones de control PID.

6. CONCEPTOS BASICOS
Deriva. Desviación permanente de una señal que se produce de forma muy lenta
a lo largo de un cierto periodo de tiempo.
Elemento Final de Control. Recibe la señal del controlador y modifica el
caudal del fluido o agente de control. La válvula de control es el elemento final
típico.
Estabilidad. Capacidad de un instrumento para mantener su comportamiento
durante su vida útil y de almacenamiento especificadas.
Multiplexión. Selección en secuencia automática de una señal entre un grupo
de señales. La señal seleccionada se transmite a través de un canal único para
todas ellas.
Precisión. Es el grado de repetición de valores obtenidos al medir la misma
cantidad. No significa necesariamente que las medidas realizadas sean exactas.
Proceso Continuo. Proceso en el cuál entran componentes y salen productos
en caudales sin restringir y durante largos periodos de tiempo. Por ejemplo, un
proceso de destilación en una refinería.

7. CONCEPTOS BASICOS
Proceso Discontinuo. Proceso que se lleva a cabo con una cantidad dada de
material dentro de un equipo o sistema sin que se añada material adicional
durante la operación. Por ejemplo un proceso del sector farmacéutico utilizando
un reactor.
Proceso. Desde el punto de vista de operación es un lugar donde materia, y muy
a menudo energía, son tratados para dar como resultado un producto deseado o
establecido. Desde el punto de vista de control es un bloque con una o varias
variables de salida que ha de ser controladas actuando sobre las variables de
entrada manipuladas. Es cualquier operación o secuencia de operaciones que
involucren un cambio de energía, estado, composición, dimensión, u otras
propiedades que pueden referirse a un dato.
Punto de Consigna (Set point). Variable de entrada en el controlador que
fija el valor deseado de la variable controlada. Puede fijarse manual o
automáticamente, o bien programarse.
Rango o campo de medida. Conjunto de valores de la variable medida
comprendidos dentro de los límites superior e inferior del campo de medición de un
instrumento. Siempre viene establecido con los dos valores extremos, como por
ejemplo, 0-50 ºC, 0-220 bar(g), 20-80 Kg/h, 0-0,5 μS/cm.

8. CONCEPTOS BASICOS
Repetitibidad. Capacidad de reproducción de los valores de salida del
instrumento 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. Viene expresada en tanto por ciento del rango. Ejemplo: ± 0,1 % de 150º C
= ± 0,15º C (campo- 50 a 100 ºC)
Sensibilidad. 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 rango de la medida. Ejemplo: ± 0,05 por ciento de 200
ºC = ± 0,1 ºC (campo 100 - 300 ºC)
Sensor. Convierte una variable física (presión, temperatura, caudal, etc.), en otra
señal compatible con el sistema de medida o control.
Parte de un lazo o un instrumento que primero detecta el valor de una variable de
proceso y que asume una correspondencia, predeterminación, y estado inteligible
o salida. El sensor puede ser integrado o separado de un elemento funcional o de
un lazo. Al sensor también se le conoce como detector o elemento primario.
Señal de Salida. Señal producida por un instrumento que es función de la
variable medida.

9. CONCEPTOS BASICOS
Transmisor. Dispositivo que detecta la variable de un proceso a través de un
sensor y tiene una salida la cual varía su valor solamente como una función
predeterminada de la variable del proceso. El sensor puede estar o no integrado al
transmisor.
Es el que capta la variable de proceso a través del elemento primario y la convierte
a una señal de transmisión estándar.
Variable Controlada. Dentro del bucle de control es la variable que se capta
a través del transmisor y que origina una señal de realimentación.
Variable Manipulada. Cantidad o condición del proceso variada por el
elemento o elementos finales de control.
Alarma. Es un dispositivo o función que detecta la presencia de una condición
anormal por medio de una señal audible o un cambio visible discreto, o puede
tratarse de ambas señales al mismo tiempo, las cuales tienen el fin de atraer la
atención.
Asignable. Este termino se aplica a una característica que permite el cambio (o
dirección) de una señal de un dispositivo a otro sin la necesidad de la activación de
un switch o algún otro elemento.

10. CONCEPTOS BASICOS
Estación auto-manual. Término empleado como sinónimo de estación de
control.
Binario. Término aplicado a una señal o dispositivo que tiene solo dos posiciones
o estados discretos. Cuando es usado en su forma más simple, como en “señal
binaria” (lo que es opuesto a señal analógica), el término denota un estado de
“encendido-apagado” o de “alto-bajo”.
Board. Término en inglés el cual se interpreta como sinónimo de panel.
Dispositivo computable o de cómputo. Dispositivo o función que
emplea uno o más cálculos u operaciones lógicas, o ambas, y transmite uno o más
resultados a las señales de salida.
Configurable. Término aplicado a un dispositivo o sistema cuyas
características funcionales pueden ser seleccionadas a través de un programa o de
otros métodos.
Válvula de control. Es un dispositivo, el más comúnmente usado, que actúa
manualmente o por sí mismo, que directamente manipula el flujo de uno o más
procesos.

11. CONCEPTOS BASICOS
Convertidor. Es un dispositivo que recibe información en determinada manera
de un instrumento y transmite una señal de salida en otra forma. Un convertidor
es también conocido como transductor, de cualquier forma, transductor es un
término general, y su uso para conversión de señales no es recomendado.
Digital. Término aplicado a una señal o dispositivo que usa dígitos binarios para
representar valores continuos o estados discretos.
Elemento final de control. Dispositivo que controla directamente los
valores de la variable manipulada en un lazo de control. Generalmente el elemento
final de control es una válvula de control.
Panel local. Que no esta en un panel central, los paneles locales están
comúnmente en el ámbito de subsistemas de plantas o sub areas. El término
instrumento local de panel no puede ser confundido con instrumento local.
Lazo. Combinación de uno o más instrumentos o funciones de control que
señalan el paso de uno a otro con el propósito de medir y/o controlar las variables
de un proceso.
Medida. Determinación de la existencia o magnitud de una variable.

12. CONCEPTOS BASICOS
Panel. Estructura que tiene un grupo de instrumentos montados sobre ella. El
panel puede consistir de una o varias secciones, cubículos, consolas o escritorios.
Elemento primario. Sinónimo de sensor.
Variable de proceso. Cualquier propiedad variable de un proceso. El término
variable de proceso es usado en como un standard para la aplicación a todas las
variables.
Controlador lógico programable. Un controlador, usualmente con
entradas y salidas múltiples que contiene un programa alterable, es llamado de
esta manera o comúnmente conocida como PLC.
Relay. Dispositivo cuya función es pasar información sin alterarla o solo
modificarla en determinada forma. Relay es comúnmente usado para referirse a
dispositivos de cómputo.
Set point. El set point o punto de referencia puede ser establecido
manualmente, automáticamente o programado. Su valor se expresa en las mismas
unidades que la variable controlada.

13. CONCEPTOS BASICOS
Switch. Dispositivo que conecta, desconecta, selecciona, o transfiere uno o más
circuitos y no esta diseñado como un controlador, un relay o una válvula de
control.
Punto de prueba. Proceso de una conexión el cual no esta permanentemente
conectado, su conexión es solamente temporal o intermitente a un instrumento.
Transductor. Término general para un dispositivo que recibe información en
forma de uno o más cuantificadores físicos, modificadores de información y/o su
forma si requiere, y produce una señal de salida resultante. Dependiendo de la
aplicación un transductor puede ser un elemento primario, un transmisor un relay,
un convertidor u otro dispositivo. Porque el término transductor no es específico,
su uso para aplicaciones específicas no es recomendado.
Instrumentos ciegos: Son aquellos que no tienen indicación visible de la
variable. p.e.: presostatos, termostatos, transmisores de caudal, presión y
temperatura que no tengan indicación, etc.

14. CLASES DE INSTRUMENTOS
INDICADORES.
Disponen de un índice y de una escala graduada en la que puede leerse el valor de
la variable. Tipos: Digitales y Analógicos.

15. CLASES DE INSTRUMENTOS
REGISTRADORES.
Registran con trazo continuo o a punto la variable, y pueden ser circulares o de
gráfico rectangular. Los registradores de gráfico circular suelen tener el gráfico de
1 revolución en 24 horas, mientras que en los de gráfico rectangular la velocidad
normal del gráfico es de unos 20 mm/h.

16. CLASES DE INSTRUMENTOS
TRANSMISORES
Captan la variable de proceso a través del elemento primario y la transmiten a
distancia en forma de señal neumática (3 a 15 psi.) o eléctrica de corriente ontinua
(4 a 20 mA) o de tensión (0 a 5 V). Siendo las señales entre paréntesis, las más
comunes, con la salvedad de que hay otras. Obs.: el elemento primario puede
formar parte del transmisor.
TRANSDUCTORES
Reciben una señal de entrada en función de una o más cantidades físicas y la
convierten modificada o no a una señal de salida. Un transmisor se puede
considerar un transductor pero un transductor no se puede considerar un
transmisor.

17. CLASES DE INSTRUMENTOS
CONVERTIDORES.
Son aparatos que reciben una señal de entrada neumática o electrónica,
procedente de un instrumento y después de modificarla envían la resultante en
forma de señal de salida estándar.
CONTROLADORES.
Comparan la variable controlada con un Set Point y ejercen una acción correctiva
de acuerdo con la desviación. La variable controlada, la pueden recibir
directamente como controladores locales o bien indirectamente en forma de señal
neumática, electrónica o digital procedente de un transmisor.

18. CLASES DE INSTRUMENTOS
ELEMENTOS FINAL DE CONTROL.
Reciben la señal del controlador y modifican el agente de control.

19. CLASES DE INSTRUMENTOS
OTROS.
CONTADORES.
TEMPORIZADORES.

20. CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES
El control del procesos industriales consiste en la recepción de
unas entradas, variables del proceso, su procesamiento y
comparación con unos valores predeterminados por el
usuario, y posterior corrección en caso de que se haya
producido alguna desviación respecto al valor preestablecido
de algún parámetro de proceso.
El control de procesos industriales esta basado en el
funcionamiento de lazos de control el cual es el conjunto de
instrumentos, conectados, configurados, calibrados y
sintonizados, con la función de controlar un proceso.
Existen dos tipos de lazos de control:
- Lazo de control Abierto.
- Lazo de control Cerrado.

21. CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES
Lazo de Control Abierto
Se llama lazo de control abierto porque no tiene lazo de
realimentación, la entrada no tiene información de la salida.
Características:
• Depende de la experiencia del operador.
• No corrige el efecto de las perturbaciones ni los cambios de
carga.
• No tiene precisión ni exactitud.
• Bajo costo.
• Fácil instalación y mantenimiento

22. CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES
Lazo de Control Cerrado
Se llama lazo de control cerrado porque tiene lazo de
realimentación, la entrada tiene información de la salida.
Características:
•Tiene lazo de realimentación, es decir la entrada tiene
información de la salida
•Corrige el efecto de las perturbaciones.
•Es más preciso y exacto que el lazo abierto.
•Todo lazo realimentado presenta tiempo muerto
•Es más costoso y su instalación es más compleja que la del
sistema de lazo abierto.

23. CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES
Lazo de Control Cerrado

24. CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES
Montaje de un Lazo de Control Cerrado ó Realimentado

25. INTRODUCCION A LA INSTRUMENTACION
Sistemas de Control
Tipos de sistemas de control:
• Control Continuo
• Control Discreto
Independientemente de la estrategia de control, la
implementación del sistema de control conlleva:
• Medir variables de proceso (nivel, temperatura, caudal,...)
• Calcular acciones de control
• Manipular variables de entrada al proceso
Instrumentación necesaria:
• Instrumentos de medida
• Actuadores
• Sistemas de transmisión de información
• Controladores

26. INTRODUCCION A LA INSTRUMENTACION
Sistemas de Control
Control Continuo.
• La variable controlada toma valores en un rango continuo
• Se mide continuamente la variable controlada
• Se actúa continuamente sobre un rango de valores del actuador

27. INTRODUCCION A LA INSTRUMENTACION
Sistemas de Control
Control Discreto.
• Las variables sólo admiten un conjunto de estados finitos

28. INTRODUCCION A LA INSTRUMENTACION
Diagramas de Proceso e Instrumentos (P&I D)
• Unidades de proceso y actuadores representados con símbolos especiales
• Instrumentos de medida y regulación representados por círculos con
números y letras
• Líneas de conexión

29. INTRODUCCION A LA INSTRUMENTACION
Diagramas de Proceso e Instrumentos (P&I D)

30. INTRODUCCION A LA INSTRUMENTACION
Diagramas de Proceso e Instrumentos (P&I D)
INSTRUMENTOS
Señal Neumática
Conexión al proceso
o alimentación
Señal eléctrica
Montaje en panel Montaje en campo
El número es el mismo en todos los instrumentos de un mismo bucle
de regulación.

31. INTRODUCCION A LA INSTRUMENTACION
Diagramas de Proceso e Instrumentos (P&I D)
INSTRUMENTOS DIGITALES
• Comparte varias funciones:
monitor, control, etc.
• Configurable por software
• Acceso por red
Accesible al operario
El número es el mismo en todos los instrumentos de un mismo bucle de
regulación.
Normalmente no
accesible al operario
• Controlador de DCS,
regulador por
microprocesador,...
• Indica computador
distinto del controlador
de un DCS
• Varias funciones:
DDC, registro, alarmas,
etc.
• Acceso por red
• Indica conexión software o por red digital

32. INTRODUCCION A LA INSTRUMENTACION
Diagramas de Proceso e Instrumentos (P&I D)
INSTRUMENTOS DIGITALES
Control lógico o secuencial
PLC o secuencias/ lógica
de un DCS
Accesible al operario
No accesible al operario

33. INTRODUCCION A LA INSTRUMENTACION
Diagramas de Proceso e Instrumentos (P&I D)
SIGNIFICADO DE LAS LETRAS
Primera Letra: Variable
medida o relacionada.
A = Análisis
D = Densidad
E = Voltaje
F = Caudal
I = Corriente
J = Potencia
L = Nivel
M = Humedad
P = Presión
S = Velocidad
T = Temperatura
V = Viscosidad
W = Peso
Z = Posición
Segunda Letra: puede
cualificar a la primera.
D = Diferencial
F = Relación
S = Seguridad
Q = Integración
Tercera Letra y Siguientes:
Función del Instrumento.
I = Indicador
R = Registro
C = Control
T = Transmisor
V = Válvula
Y = Cálculo
H = Aalto
L = Bajo

34. INTRODUCCION A LA INSTRUMENTACION
Diagramas de Proceso e Instrumentos (P&I D)
» Los sistemas de control de procesos se representan en los diagramas de proceso e
instrumentos utilizando símbolos e iconos simples.
» Estos diagramas permiten entender el funcionamiento integrado del proceso y
del sistema de control.
» En la norma ISA se emplean líneas sólidas para representar las conexiones del
proceso y líneas a trazo discontinuo o líneas de trazo continuo con marcas para las
comunicaciones entre instrumentos.

35. INTRODUCCION A LA INSTRUMENTACION
Diagramas de Proceso e Instrumentos (P&I D)
» Los instrumentos de los lazos de control se representan por un círculo en cuyo
interior se colocan las letras que designan al instrumento.
» El bucle al que pertenece se identifica por un número y el símbolo indica la
localización física del instrumento.
» La identificación del tipo de instrumento se realiza con dos o más letras:
• La primera indica el tipo de variable que se mide, se indica, se transmite o se
controla. p.e. T indica temperatura.
• La segunda letra indica la función que realiza el instrumento en el
bucle (control (C), indicación (I), registro (R), etc. Ejemplos:
» TC: Controlador de temperatura
» FT: Transmisor de caudal (Flow transmitter)
» PC: Controlador de Presión. (Pressure controller)
» LR: Registrador de nivel (Level register)
» TI: Indicador de temperatura (Temperature indicator)

36. INTRODUCCION A LA INSTRUMENTACION
Diagramas de Proceso e Instrumentos (P&I D)
INSTRUMENTOS

37. INTRODUCCION A LA INSTRUMENTACION
Diagramas de Proceso e Instrumentos (P&I D)
INTERCAMBIADOR

38. INTRODUCCION A LA INSTRUMENTACION
Clasificación de Instrumentos
SEGÚN LA VARIABLE MEDIDA

39. INTRODUCCION A LA INSTRUMENTACION
Clasificación de Instrumentos
SEGÚN LA VARIABLE MEDIDA