Instrumentacion unidad 1

1. INTRODUCCIÓN A LA INSTRUMENTACIÓN
• Integrantes:
• Sergio Gpe. Marrero Aguillón
• Randy Manuel Valerio Hernández
• Jorge Aly Olvera Cuellar

2. UNIDAD 1. INTRODUCCIÓN
A INSTRUMENTACIÓN.
1.1 conceptos y Definiciones.

3. INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL.
• 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 instrumentac

4. DEFINICIONES Y CONCEPTOS
• Variable: es cualquier elemento que posee características dinámicas, estáticas,
química y físicas bajo ciertas condiciones, que constantemente se pueden medir.
• Variable controlada: es la variable directa a regular, sobre la que constantemente
estamos pendientes ya que afecta directamente al sistema del proceso.
• Variable Manipuleada: es la que se modifica para afectar directamente a la variable
controlada, es la herramienta para modificar la variable directa en el proceso

5. • Procesos: es un desarrollo que es realizado por un conjunto de elementos cada uno con
ciertas funciones que gradual y progresivamente producen un resultado final.
• Sistema: es una combinación de componentes que actúan conjuntamente y cumplen
un objetivo.
• Perturbaciones: señal que afecta la respuesta real del sistema produciendo un error
en la medida.
• Control retroalimentado: es el que auto corrige las perturbaciones, eliminando los
errores para obtener la salida ideal.

6. • Rango: es el campo de medida para cualquier numero de valores que siempre deben
estar entre un limite superior e inferior según las especificaciones del instrumento.
• Alcance: es la diferencia entre los limites superior e inferior del rango, es lo
equivalente al área de operación.
• Elevación de cero: es la cantidad con que el valor cero de la variable supera al valor
inferior del campo de medida.

7. • Ruido: señales impuras que afectan a las diferentes señales del sistema de medición.
• Resolución: es la de visualización a escala del instrumento.
• Linealidad: es la proporcionalidad directa y libre de errores con equivalencias de
alta calibración.
• Estabilidad: son los instrumentos de altas calidad, que tienen una probabilidad de
tener una larga vida útil.

8. • Transmisor: capta la señal del elemento primario de medida y la transmite a
distancia en forma eléctrica,neumática, hidráulica, mecánica y ultrasónica.
• Transductor: dispositivo que recibe una o varias señales provenientes de la variable
medida y pueden modificarla o no en otra señal.
• Convertidor: es el que se encarga de modificar la señal de entrada y la entrega en
una señal de salida estándar.

9. 1.2 CLASIFICACIÓN Y
CARACTERÍSTICAS DE LOS
INSTRUMENTOS.

10. CARACTERÍSTICAS.
Los instrumentos de control empleados en las industrias tienen su propia
terminología; los términos empleados de definen las características propias de medida
y de control y las estáticas y dinámicas de los diversos instrumentos.

11. 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. Viene expresado
estableciendo los dos valores extremos.

12. ERROR
El error de la medida es la desviación que presentan las medidas prác cas de una
variable de proceso con relación a las medidas teóricas o ideales, como resultado de las
imperfecciones de los aparatos y de las variables parásitas que afectan al proceso.
Error = Valor leído en el instrumento - Valor ideal de la variable medida.
El error absoluto es:
Error absoluto = Valor leído - Valor verdadero
El error relativo representa la calidad de la medida y es:
Error relativo = Error absoluto / Error verdadero

13. INCERTIDUMBRE DE LA MEDIDA
La incertidumbre de medida es una estimación
del posible error en una medida. También es
una estimación del rango de valores que
contiene el valor verdadero de la cantidad
medida. Así mismo, representa la probabilidad
de que el valor verdadero esté dentro de un
rango de valores indicado.

14. EXACTITUD
Es la cualidad de un instrumento de medida por la que ende a dar lecturas próximas
al valor verdadero de la magnitud medida.
La exactiud se da en términos de inexactitud, es decir, un instrumento de temperatura
de 0-100 °C con temperatura del proceso de 100 °C y que marca 99,98 °C se aproxima
al valor real en 0,02 °C, o sea tiene una inexactitud de 0,02 °C.

15. PRECISIÓN
La precisión (precisión) es la cualidad de un instrumento por la que ende a dar
lecturas muy próximas unas a otras, es decir, es el grado de dispersión de las mismas.

16. ZONA MUERTA
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.

17. SENSIBILIDAD
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.

18. REPETIBILIDAD
Es la capacidad de reproducción de las posiciones de la pluma o del índice o de la señal
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.

19. HISTÉRESIS
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,
cuando la variable recorre toda la escala en los dos sentidos, ascendente y descendente.
Se expresa en tanto por ciento del alcance de la medida. Por ejemplo:
Si en un termómetro de 0-100%, para el valor de la variable de 40 °C, la aguja marca 39,9
°C al subir la temperatura desde 0 °C, e indica 40,1 °C al bajar la temperatura desde 100
°C, el valor de la histéresis es de:
40.1 − 39.9
100/0
∗ 100 = ±0.2%

20. CLASIFICACIÓN:
EN FUNCIÓN DEL INSTRUMENTO.
• Instrumentos ciegos.
Son aquellos que no tienen indicación visible de la variable.
• Los instrumentos indicadores.
Disponen de un índice y de una escala graduada en la que puede leerse el valor de la
variable. Según la amplitud de la escala se dividen en indicadores concéntricos y
excéntricos.

21. • Los instrumentos registradores.
Registran con trazo continuo o 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.
• 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 (libras por pulgada
cuadrada) o electrónica de 4 a 20 mA de corriente continua o digital.

22. • 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, es decir, 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 (convertirla) 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, que actúan
sobre el elemento final de control.

23. • Los controladores.
Comparan la variable controlada (presión, nivel, temperatura) con un valor deseado 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.

24. EN FUNCIÓN DE LA VARIABLE DE PROCESO.
• Caudal
• Nivel
• Presión
• Temperatura
• Densidad y peso específico
• Humedad y punto de rocío
• Viscosidad, posición
• Velocidad
• pH
• Conductividad
• Frecuencia, fuerza
• Turbidez

25. 1.3 SIMBOLOGÍA, NORMAS
Y SISTEMAS DE UNIDADES.

26. • Norma ISA-S5.1-84 (R-1992).
Cada instrumento debe identificarse con un código alfanumérico o número de tag que
contenga el número de identificación del lazo.

27. • NORMA ISA-S5.2-76 (R-1992)
Esta norma lista los símbolos lógicos que representan operaciones con enclavamientos
binarios y sistemas secuenciales para el arranque, operación, alarma y paro de
procesos y equipos en la industria.

28. • NORMA ISA-S5.3-1983
El objeto de esta norma es documentar los instrumentos formados por ordenadores,
controladores programables, miniordenadores y sistemas de microprocesador que
disponen de control compartido, visualización compartida y otras características de
interfase. Los símbolos representan la interfase con los equipos anteriores de la
instrumentación de campo, de la instrumentación de la sala de control y de otros pos
de hardware.

29. • NORMA ISA-S5.4-1991
Los diagramas de lazos de control se utlizan ampliamente en la industria presentando
en una hoja toda la información necesaria para la instalación, comprobación, puesta
en marcha y mantenimiento de los instrumentos, lo que facilita la reducción de costes,
la integridad del lazo, la exactitud y un mantenimiento más fácil del sistema.

30. 1.4 PRINCIPIOS
GENERALES PARA LA
SELECCIÓN DE LA
INSTRUMENTACIÓN.

31. La selección del instrumento es una cosa importante en cualquier planta industrial
para medir la cantidad específica.
Para designar y representar los instrumentos de medición y control se emplean normas
muy variadas que a veces varían de industria a industria.
Esta gran variedad de normas y sistemas utilizados en las organizaciones industriales
indica la necesidad universal de una normalización en este campo.

32. GENERALIDADES.
A) Cada instrumento debe identificarse con sistema de letras que lo clasifique
funcionalmente. Una identificación representativa es la siguiente:

33. B) El número de letras funcionales para un instrumento debe ser mínimo, no
excediendo de cuatro. Para ello conviene:
1. Disponer las letras en subgrupos. Por ejemplo, un transmisor registrador de
relaciones de caudales con interruptor de alarma de relación de caudales puede
identificarse con dos circulos uno con FFRT-3 y el otro FFS-3.
2. En un instrumento que indica y registra la misma variable medida puede omitirse
la letra I (indicación).

34. C) Los bucles de instrumentos de un proyecto deben identificarse con una secuencia única de números.
D) Si un bucle dado tiene mas de un instrumento con la misma identificación funcional, es preferible añadir
un sufijo, ejemplo FV-2A, FV-2B, FV-2C, etc., estos sufijos pueden añadirse obedeciendo a las siguientes
reglas:
1. Deben emplearse letras mayúsculas, A, B, C, etc.
2. Las subdivisiones interiores de un bucle pueden designarse por sufijos formados por letras y números.

35. E) Un instrumento que realiza dos o mas funciones puede designarse por todas sus
funciones. Por ejemplo un registrador de caudal FR-2 con pluma de presión PR-4 se
designa preferentemente FR-2/pR4 o bien UR-7
F) Los accesorios para instrumentos tales como rotamientos de purga, filtros
manorreductores y potes de sello que no están representados explícitamente en un
diagrama de flujo, pero que necesitan una identificación para otros usos deben tenerla de
acuerdo con su función y deben emplear el mismo numero del bucle que el del instrumento
asociado . Alternativamente, los accesorios pueden empelar el mismo numero de
identificación que el de sus instrumentos asociados, pero con palabras aclaratorias si ello
es necesario.

36. TABLA 1.1 LETRAS DE IDENTIFICACIÓN.

37. TABLA 1.1 LETRAS DE IDENTIFICACIÓN.

38. 1.5 PROPAGACION DE
ERROR Y MEDICION

39. En ciencias e ingeniería (experimentales) es imprescindible realizar mediciones, que
consisten en obtener la magnitud física de algún atributo de objetos (proceso, fenómeno,
sustancia, etc.).
Ejemplos de algunos atributos son; longitud, masa, temperatura, Consistencia.
Para determinar el valor de una magnitud física se emplea un instrumento de medición
y un método de medición. Así también se requiere definir un a unidad de
medición.[practica: definir el patrón de medición de longitud, masa, tiempo]

40. EL ERROR.
El termino error es sinónimo como incertidumbre experimental. Existen limitaciones
instrumentales, físicas y humanas que causan una desviación del valor “verdadero” de
las cantidades que se desean medir.
Estas desviaciones son denominadas incertidumbres experimentales o errores en la
medición

41. EL VALOR VERDADERO.
El valor verdadero es aquel que obtendríamos si no existiesen errores en las mediciones, sin embargo
esto es imposible.
Se puede mejorar el procedimiento de medición pero jamás se puede eliminar el error, por lo que
jamás podemos esperar el valor verdadero. Entre las varias limitaciones de medición se tienen:
− La precisión y exactitud de los instrumentos de medición
− La interacción del método de medición con el mesurando
− La definición del objeto a medir
− La influencia del observador que realiza la medición.

42. TIPOS DE ERRORES.
Los errores experimentales son de dos tipos: determinados (sistemáticos) e indeterminados.
Los errores determinados o sistemáticos son aquellos que cuando se realizan mediciones repetidas, el
error tiene la misma magnitud y el mismo signo algebraico, lo que significa que pueden ser
reconocidos e identificados, por lo tanto la magnitud y el signo son determinables.
Ejemplos:
Un instrumento o escala no calibrada, una persona que no distingue colores correctos, el uso de un
valor no correcto de una constante (o unidades no adecuadas).

43. ERRORES INDETERMINADOS.
Los errores indeterminados están siempre presentes en las mediciones experimentales. En estos no
existe la manera de determinar el signo ni la magnitud del error en mediciones repetidas.
Los errores indeterminados resultan, en el proceso de medición, en la obtención de diferentes valores
cuando se efectúan mediciones repetidas (asumiendo que todas las condiciones permanecen
constantes).
Las causas en los errores indeterminados son diversas; error del operador o sesgo, condiciones
experimentales fluctuantes, variabilidad inherente en los instrumentos de medición, etc.

44. EFECTO DE LOS ERRORES.
El efecto que tienen los errores indeterminados en los resultados se puede minimizar al efectuar m
ediciones repetidas y después calcular el promedio. El promedio se considera una mejor
representación del valor verdadero que una sola medición, ya que los errores de signo positivo y
los de signo negativo tienden a compensarse en el calculo de la media.
Los errores determinados pueden ser mas importantes que los indeterminados por tres razones:
1. No existe método seguro para descubrirlos e identificarlos al analizar los datos experimentales.
2. Sus efectos no pueden ser reducidos al promediar mediciones repetidas.
3. Los errores determinados tienen la misma magnitud y signo para cada medición en un conjunto
de mediciones repetidas, por lo que no tienden a cancelarse los errores negativos y los positivos.

45. EXPRESIÓN DEL ERROR.
Se ha mencionado que el error en la medición esta asociado al concepto de incertidumbre. Se desea expresar el grado de error en
las mediciones o el limite probabilístico de la incertidumbre. Conceptualmente se concibe el error como la dispersión de las
diferentes mediciones de un valor central.
Esto se expresa como:
x ± ∆x = (x ∆x) < x < (x +∆x)
Ej; 24.2 ± .8 = (24.2 .8) < 24.2 < (24.2 +.8)
El error se puede expresar como:
− error absoluto є = ∆x
− error relativo єx =∆x/x
− eror porcentual єx % = єx * 100

46. PRECISIÓN Y EXACTITUD.
La precisión de un instrumento o método de medición esta asociado a la sensibilidad o
menor variación de la magnitud que se puede detectar con dicho instrumento o método.
La exactitud es una medida de la cercanía de nuestro resultado con respecto al valor
verdadero. Una medición con un error indeterminado relativamente pequeño se diese que
tiene una alta precisión.
Una medición con un error pequeño indeterminado y determinado se dice que tiene una
alta exactitud. La precisión no implica necesariamente exactitud. Una medición precisa
puede ser inexacta si tiene un error determinado.

47. PROPAGACIÓN DE ERRORES.
Supongamos que se miden dos dimensiones con sus respectivos errores (x ± ∆ x) , (y ±∆y) y con las mismas
unidades, pero se desea encontrar una tercera cantidad que es el resultado de operaciones aritméticas de las dos
primeras mediciones (x, y). Lo cual puede ser:
z = x + y
z = x – y
z = x*y
z = x/y
Por lo tanto se propaga para el resultado (z) a partir de los errores asociados a cada dimensión original (x, y) .
Finalmente se expresa el resultado respectivo con un error propagado.
Z ± ∆z
Para encontrar el error propagado ∆z se emplean diversas formulas, dependiendo de la operación aritmética
empleada en el calculo de z. Los valores de ∆x y ∆y corresponden a la desviación estándar respectiva