Conceptos Básicos de Instrumentación

James Robles
Departamento de Instrumentación
Huertas College
Principios de Instrumentación
Conceptos Básicos de Instrumentación

James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College
En esta presentación:
Definición de Instrumentación
¿Que es una variable física?
¿Que es un instrumento de indicación, medición y transmisión?
¿Que es un recorder?
¿Que es un sistema de control?
¿Que es un elemento final de control?
Definición de Proceso Industrial
Parámetros Operacionales de Instrumentación
Rango de Proceso
Variable de Proceso
Rango de Instrumentación
Señal de Instrumentación
¿Cómo funciona un transmisor?

Instrumentación:
Disciplina que se encarga de la medición,
indicación, transmisión, registro y control de
variables físicas dentro de un proceso industrial;
cumpliendo con los parámetros operacionales
del proceso y con las regulaciones vigentes.

Variable Física:
Una variable física es una manifestación
palpable de condiciones naturales de la materia.
Ejemplos de estas variables son: presión, nivel,
flujo y temperatura.

Medición de Variables Físicas:
Acción por la cual se le asigna un valor numérico
(cuantificar) y una unidad de ingeniería a una
variable física relacionada con la naturaleza de
esa variable. Esta acción se logra a través de
instrumentos que tienen una indicación visual
numérico y una unidad de ingeniería.
Ejemplo 1: La presión en la tubería es de 100 psi.
Variable Física Unidad de Ingeniería
Valor Numérico

Ejemplo 2: El nivel del tanque es de 12 Ft.
Ejemplo 3: El flujo de gas es de 175 gpm.
Valor Numérico
Valor Numérico

Ejemplo 4: La temperatura es de 100 °F.
Ejemplo 5: La conductividad de la solución es de
25 µS.
Valor Numérico
Variable Física
Unidad de Ingeniería
Valor Numérico

Indicador de Variables Físicas:
Dispositivo capaz de convertir una variable física
a una señal visible, mayormente numérica
acompañada de su unidad de ingeniería para ser
observada. Ejemplos de Indicadores de
variables físicas son: Manómetros (Pressure
Gauge), Termómetros, Rotámetros, Mirillas de
Cristal, etc.

Indicador de Variables Físicas:
Pressure Gauge
(Manómetro)
Termómetro
Mirilla de Nivel Rotámetro
(Metro de Flujo)

Transmisor de Variables Físicas:
Dispositivo capaz de convertir una variable física
a una señal electrónica, neumática o digital de
instrumentación para ser utilizada por un equipo
o sistema medición, registro o control. También
conocido como transductor.

La señal más utilizada es la señal electrónica de
4–20 mA. Otra es la señal neumática de 3–15 psi
y señales digitales (HART, Foundation Fieldbus,
MODBUS y Profibus)

Transmisor de Presión
Entrada de Proceso
Señal de Instrumentación
4 – 20 mA
Rosemount 3051
Differential Pressure
Transmitter
Indicador Local

Transmisor de Nivel Ultrasónico
Sensor de Proceso
4 – 20 mA Endress-Hauser
Micropilot M FMR240
Indicador Local

Transmisor de Flujo Electromagnético
Sensor de Proceso
4 – 20 mA Yokogawa
AFX Flowmeter
Indicador Local

Transmisor de Temperatura
Sensor de Proceso
4 – 20 mA
ABB TTF300
Indicador Local

Registrador de Variables Físicas (Recorder):
Dispositivo capaz de convertir una señal de
instrumentación a una data para almacenarse
permanentemente con respecto a un momento
en el tiempo definido. También puede ser una
aplicación (conocido como colección de data
histórico) dentro de un sistema de control para
lograr el mismo propósito.

Yokogawa 10000 Recorder
Papel de Grafico
Plumillas
Leyenda
4 – 20 mA
Lectura Local

Delta V Data Historian Screen

Controlador:
Dispositivo que contiene algoritmos y
estrategias encaminadas a mantener una
variable física en un valor deseado. Estos
algoritmos se ubican dentro de un dispositivo
electrónico o neumático. El controlador recibe
la señal del campo (input), procesa esta señal
contra un valor deseado (set point) y genera una
señal de correción de la variable (output).

Controlador Discreto:
Controlador que se utiliza para mantener una
variable física en un valor deseado. El
controlador discreto puede manejar un solo lazo
de control (un input y un output) y no cuenta
con conexiones para enviar las señales a otros
equipos, ni capacidad para mantener un registro
de las señales. Estas capacidades se logran
conectando manualmente las señales a
registradores u otros equipos.

Sistema de Control Distriduído (DCS):
Sistema de control capaz de manejar múltiples
lazos de control. Contiene un procesador
centralizado, tarjetas de inputs, tarjetas de
outputs y recorders integrados. Un DCS es capaz
de distribuir sus datos a diferentes áreas como
estaciones de operación, estaciones de
ingeniería y estaciones de mantenimiento.

Sistema de Control Distriduído (DCS):
Foxboro T2550 DCS

Sistema de Control:
A-B Micrologix 1200 PLC

Elemento Final de Control:
Dispositivo o equipo capaz de modificar la
variable física hacia el valor deseado. Esto lo
hace recibiendo la señal de corrección del
controlador. Ejemplos son: Válvulas de Control,
Variadores de Velocidad de Motores o Dampers
de Posición.

Fisher GX
Control Valve

Variable Frequency Drive (VFD)
And 3 Pumps

Damper Control Drive

James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas Junior College
Proceso Industrial:
 Un proceso industrial es la conversión de
materia prima a productos, bienes o servicios
para la utilización de la sociedad.
 Industrias que utilizan estos procesos son:
 Industrias Químicas
 Industrias de Petróleo y Gases
 Industrias de Alimentos y Bebidas
 Industrias Farmacéuticas

Lazo de Control:
Arreglo de dispositivos (instrumentos)
conectados para lograr el control de una
variable física. Consiste de un transmisor
para llevar la variable al sistema, un
controlador o sistema de control para
computar y generar una señal de control y
un elemento final de control para modificar
físicamente a la variable.

Lazo de Control (Controlador Discreto):
LT
Elemento Final
de Control
Transmisor de Nivel
LCV
Señal de Input
Señal de Output
Controlador
Discreto
A M
M SP O
100%
50%
0%



Lazo de Control (Controlador Discreto):
LT
Elemento Final
de Control
Transmisor de Nivel
Neumático
LCV
Señal
de
Input
(3-15
psi)
Señal de Output (3-15 psi)
Controlador
Neumático
A M
M SP O
100%
50%
0%

Lazo de Control (DCS):
O
U
T
I
N
Sistema de Control (DCS)
LT
Operator
Station
Engineering
Station
Elemento Final
de Control
Transmisor de Nivel
LCV
Señal de Input
Señal de Output

Parámetros de Medida de Proceso:
 Rango de Proceso
 Variable de Proceso
 Rango de Instrumentación
 Señal de Instrumentación
 Señal de Control

Rango de Proceso:
El rango de proceso son los valores numéricos
desde el mínimo hasta el máximo acompañado
de su unidad de ingeniería que representan el
mínimo hasta el máximo de la variable física
permitida en un proceso.
Ejemplo: La presión del proceso varía desde 0
hasta 200 psi. El Rango de Proceso es 0 – 200 psi.

Variable de Proceso:
La variable de proceso es el valor numérico
acompañado de su unidad de ingeniería que
representan la variable física del proceso.
Ejemplo: La presión es de 100 psi. La variable de
Proceso es 100 psi.

Rango de Instrumentación:
El rango de instrumentación es un valor
numérico de 4 a 20 mA que representa desde el
mínimo hasta el máximo del rango de proceso.
Ejemplo: El rango de proceso es de 0 a 200 psi.
El rango de instrumentación es de 4 mA (0 psi)
hasta 20 mA (200 psi).

Señal de Instrumentación:
La señal de instrumentación es el valor numérico
desde 4 mA a 20 mA que representa la variable
de proceso.
Ejemplo: El rango de proceso es de 0 a 200 psi.
El rango de instrumentación es de 4 mA a 20 mA.
La variable de proceso es de 100 psi. Por lo
tanto, la señal de instrumentación es de 12 mA.

Señal de Control:
La señal de control es el valor numérico desde 4
mA a 20 mA que alimenta el elemento final de
control.
Ejemplo: La señal de control hacia la válvula de
control es de 12 mA, por lo tanto la válvula de
control está en un 50 % de su recorrido.

Una Señal de Instrumentación es el valor actual del nivel
electrónico o neumático utilizado para representar la variable de
proceso de una forma estándar.
Ejemplo:
Rango de Proceso = 0 – 200 psi
Rango de Instrumentación = 4 – 20 mA
24 Vdc
-
+
Rango de Proceso = 0 – 200 psi
PT-1
Señal Transmitida
Por cablería
Transmisor
Receptor
Remoto
4 – 20 mA
+
-
+
-

La razón por la cual la señal de Instrumentación no comienza en
cero es para poder distinguir entre un cero real y una avería en la
cablería o tubería utilizada
Si se avería la cablería, la corriente o la presión bajará a cero mA
o a cero psi y el técnico podrá diagnosticar el fallo
24 Vdc
-
+
0 mA
Proceso
PT-1
Cable Averiado
Transmisor
Receptor
Remoto
+
-
+
-

Lazos de Transmisores Electrónicos:
Transmisor de Presión en Serie con Power Supply de 24 Vdc y Miliamperímetro:
 Para extraer una señal a un transmisor, se necesita conectarlo en serie
con un Power Supply de 24 Vdc y a su vez en serie con el receptor o
equipo preparado para aceptar una señal de 4 – 20 mA
 Este voltaje produce una señal de instrumentación proporcional a la
variable de proceso en relación con el rango de proceso
OFF
ON
24 Vdc Power Supply
-
+

•Presión
•Nivel
•Flujo
•Temperatura
Variable Física
•PT
•LT
•FT
•TT
Transmisor
•0 – 200 psi
•0 – 30 Ft
•0 – 500 gpm
•50 – 550° F
Rango de Proceso
•4 – 20 mA
•3 – 15 psi
•Protocolo Digital
Señal de
Instrumentación

Existen varios tipos de señal de instrumentación:
 Electrónico Análogo: 4 – 20 mA
 Neumático: 3 – 15 psi
 Digital: HART, Foundation Fieldbus, MODBUS,
Profibus, etc.

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¿Preguntas, dudas, comentarios?

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