Instrumentación. Características estáticas. Características dinámicas. Medición de presión. Medición de temperatura. Velocidad de respuesta. Simbologías. (error, exactitud, precisión, reproductibilidad, histéresis, deriva, zona inerte, retraso, fidelidad)

1. República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior
Universidad Politécnica Territorial “José Antonio Anzoátegui”.
El tigre, estado Anzoátegui.
Profesor:
Ing. Manuel Lima
Bachiller:
Dayneska Miquilena
El Tigre, Octubre 2020
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Automatización y control

2. Instrumentación industrial
La instrumentación es la ciencia de la medición y el control. Las aplicaciones
de estas ciencias abundan en la industria de procesos como (química,
petroquímica, alimenticia, metalúrgica, energética, textil, papel, etc.), y en la vida
cotidiana moderna desde sistemas de control de motores de autos hasta
termostatos domésticos, pilotos automáticos de aviones, fabricación de
medicamentos farmacéuticos, plantas de energía, petróleo, gas, refinerías, etc.
Se puede decir que la automatización nos rodea.
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3. Instrumentación industrial
Características de los instrumentos
El rendimiento de cualquier instrumento de medición se ve
afectado por varios factores.
Características estáticas:
Características dinámicas : Es el comportamiento entre el tiempo que
cambia el valor de entrada y el tiempo en el que
el valor dado por el sistema o elemento se
establezca en el valor de estado estable.
Se refiere a los criterios de rendimiento para la medición
de cantidades que permanecen constantes o varían muy
lentamente.
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4. Instrumentación industrial
Deseable
Indeseable
 Exactitud
 Precisión
 Sensibilidad
 Reproductibilidad
 Error estático
 Resolución
 Deriva
 Zona inerte
 Histéresis
Deseable
Indeseable
 Velocidad de respuesta
 Fidelidad
 Retraso
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5. Instrumentación industrial
Características estáticas:
Error estático: Es la diferencia entre el valor real de la cantidad de medición y el valor mostrado por
el instrumento de medición en condiciones de proceso que no varían. El error estático está
presente cuando el proceso está en condiciones de régimen permanente.
𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑙𝑒í𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑟𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑏𝑙𝑒 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎
Error absoluto
Error relativo
(representa la calidad de la medida).
Error absoluto = Valor leído - Valor verdadero Error relativo = Error absoluto / Error verdadero5

6. Instrumentación industrial
Exactitud: Es el grado de cercanía con el que la lectura del instrumento se aproxima al valor
real de la cantidad a medir. La exactitud define los límites de los errores cometidos cuando el
instrumento se emplea en condiciones normales de servicio durante un período de tiempo
determinado.
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. La precisión el grado de libertad de
un sistema de medición de errores aleatorios. Un instrumento puede tener una pobre
exactitud, pero una gran precisión.
La mejor manera de desarrollar las ideas de precisión es especificarlo en términos
del porcentaje del valor real de una cantidad que se mide.
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7. Instrumentación industrial
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. El uso del término de sensibilidad se limita a dispositivos lineales, donde la gráfica de
la magnitud de salida a entrada es recta.
𝑆𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 =
𝐶𝑎𝑚𝑏𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎
𝐶𝑎𝑚𝑏𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎
Reproductibilidad: Capacidad de reproducción de un instrumento de las medidas repe vas
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 período de
tiempo determinado.
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8. Instrumentación industrial
Resolución: Es la cantidad más pequeña que se está midiendo y que puede ser detectada con
certeza por un instrumento. Si se aumenta lentamente una cantidad de entrada distinta de
cero, la lectura de salida no aumentará hasta que se produzca algún cambio mínimo en la
entrada. El cambio mínimo que causa el cambio en la salida se denomina resolución.
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.
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9. Instrumentación industrial
Deriva: Es una variación en la señal de salida que se presenta en un período de tiempo
determinado mientras se mantienen constantes la variable medida y todas las condiciones
ambientales.
La deriva se clasifica como:
Desviación del cero: se define
como la desviación en la
variable medida comienza
desde cero en la salida con el
tiempo.
Deriva del tramo: se refiere a cuando hay un
cambio proporcional en su indicación a lo largo
de la escala ascendente.
Desviación zonal: es así en el caso de que la desviación
se produzca solo en una determinada parte del intervalo
de un instrumento.
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10. Instrumentación industrial
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. Para el rango
más grande de valores de una variable medida, a la que el instrumento no responde. La
zona muerta ocurre con mayor frecuencia debido a la fricción estática al indicar un
instrumento.
Un ejemplo práctico es:
Debido a la fricción estática, una válvula de
control no se abre ni siquiera para grandes señales de
apertura del controlador.
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11. Instrumentación industrial
Características dinámicas :
Error dinámico: Es la diferencia entre el valor real de la cantidad medida y el valor
mostrado por el instrumento de medición en condiciones variables. Su valor depende
del tipo del fluido del proceso, de su velocidad, del elemento primario (termopar,
bulbo y capilar), de los medios de protección (vaina), etc.
En condiciones dinámicas el error varía considerablemente debido a que los
instrumentos tienen características 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 error dinámico.
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12. Instrumentación industrial
Velocidad de respuesta: Se define como la rapidez del sistema de medida que
responde a los cambios en la variable de medida
Retraso: cada sistema tarda al menos algún tiempo en responder, sea el tiempo
que sea, a los cambios en la variable medida.
La medición del retraso es de dos tipos:
• Retardo de retardo: La respuesta de la medición comienza inmediatamente después de
que se ha producido el cambio en la cantidad medida.
• Retardo de tiempo: En este tipo de retardo de medición, la respuesta del sistema de
medición comienza después de una zona muerta después de la aplicación de la
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13. Instrumentación industrial
Fidelidad: Se define como el grado en que un instrumento de medida es capaz de
reproducir fielmente los cambios de entrada, sin ningún error dinámico
Es la capacidad del sistema para reproducir la salida en la misma forma que la
entrada. Es el grado en que un sistema de medición indica cambios en la cantidad
medida sin ningún error dinámico. Suponiendo que si se aplica una cantidad que
varía linealmente a un sistema y si la salida también es una cantidad que varía
linealmente, se dice que el sistema tiene una fidelidad del 100%. Idealmente, un
sistema debe tener una fidelidad del 100% y la salida debe aparecer en la misma
forma que la de entrada y no hay distorsión producida en la señal por el sistema.
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14. Instrumentación industrial
Medición de temperatura:
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Los fenómenos físicos están afectados por la temperatura, y
se utiliza para deducir el valor de otras variables en el
proceso.
Características
Las características de los medidores de temperatura dependen del sistema que requiera un
determinado proceso. Los diferentes instrumentos de temperatura pueden ser de sistema:
Térmico (vidrio, bimetal, bulbo y capilar,
líquido, vapor, gas, mercurio).
Sonda de resistencia
(platino, níquel, cobre). Termistor
Semiconductor ICTermopar
Pirómetro de radiación (óptimos de desaparición
de filamento, infrarrojos, fotoeléctrico, dos colores,
radiación total, lápices y lacas).

15. Instrumentación industrial
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Principio de funcionamiento
La mayoría de los dispositivos de sensor de temperatura funcionan aprovechando una
característica física de algunos materiales conductores y semiconductores, estos materiales
son capaces de variar la resistencia eléctrica en función de la temperatura ambiente, gracias
a este principio podemos describir el funcionamiento de un sensor de temperatura de
cualquier tipo.
Aplicación
Existen diversos fenómenos que son influidos por la temperatura y
que son utilizados para medirla:
a) Variaciones en volumen o en estado de los cuerpos (sólidos, líquidos o gases).
b) b) Variación de resistencia de un conductor (sondas de resistencia).

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c) Variación de resistencia de un semiconductor (termistores).
d) La f.e.m. creada en la unión de dos metales distintos (termopares).
e) Intensidad de la radiación total emitida por el cuerpo (pirómetros de radiación).
f) Otros fenómenos utilizados en laboratorio (velocidad del sonido en un gas, frecuencia de
resonancia de un cristal, etc.)
Exactitud
Es la cualidad de un instrumento de medida
por la que ende a dar lecturas próximas al
verdadero valor de la magnitud medida.
• Tanto por ciento de alcance, campo de medida.
• Directamente, en unidades de la variable medida.
• Tanto por ciento de la lectura efectuada.
• Tanto por ciento del valor máximo del campo de
medida.
• Tanto por ciento de la longitud de la escala.Hay distintas formas para expresar la exactitud:

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Velocidad de respuesta de la temperatura
Los elementos primarios eléctricos, sondas de resistencia, termistores, termopares y
pirómetros de radiación se caracterizan porque el tiempo de respuesta depende, únicamente, del
intercambio térmico entre el fluido y el elemento, ya que la corriente eléctrica circula por los cables
de conexión a la velocidad de la luz, directamente al receptor.
Los termistores son de pequeño tamaño y su tiempo de respuesta varía de fracciones de
segundo a minutos, de acuerdo con su capacidad térmica, dada por el tamaño y forma del
elemento sensible.
El pirómetro de radiación responde rápidamente a los
cambios en la temperatura por dos razones principales: la
captación de energía radiante es prácticamente instantánea y la
masa de la termopila es muy pequeña.

18. Instrumentación industrial
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Medición de presión:
Es una unidad de fuerza por unidad de superficie y expresada en unidades como
pascal, bar, atmósferas, kilogramos por centímetro cuadrado y psi (libras por pulgada
cuadrada).
Características
Presión absoluta: se mide en relación al cero
absoluto de presión (punto A y A’)
Presión atmosférica: es la presión ejercida por
la atmósfera terrestre medida mediante un
barómetro.
Presión diferencial: es la diferencia
entre dos presiones (puntos C y C’).

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Presión relativa: es la diferencia entre la presión absoluta y la atmosférica del lugar donde se
realiza la medición (punto B). Al aumentar o disminuir la presión atmosférica, disminuye o
aumenta respectivamente la presión (puntos B' y B''), si bien ello es despreciable al medir
presiones elevadas.
Vacío: es la presión medida por debajo
de la atmosférica (puntos D, D’’, D’’’). Se
expresa en mm columna de mercurio,
mm columna de agua o pulgadas de
columna de agua.

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Principios de operación
La configuración de un transmisor de presión inteligente se efectúa seleccionando los
parámetros de operación (número de código, valores del campo de medida y las unidades
de ingeniería). La comprobación de la calibración (que ya ha sido efectuada en fábrica y no
precisa de ajustes) puede realizarse aplicando una presión estándar.
Para la medida de presión con transmisores de
presión, se requiere un sensor que mide el valor de
presión o la variación de la misma y lo convierte en una
señal eléctrica, por lo que esta señal indica el valor de
presión recibida.

21. Instrumentación industrial
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Campo de aplicación

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Exactitud
La exactitud en la medida como porcentaje del fondo de escala (%FS) se calcula
multiplicando el rango de presión del instrumento por la exactitud (%FS). Mostrar la exactitud
como porcentaje del fondo de escala es un método mucho más conservador de especificar un
sensor de presión debido a que típicamente un sensor no tiene el mismo comportamiento en
todo el rango de presión y se suele utilizar la condición más desfavorable haciendo que el
sensor generalmente se comporte muy por encima de las especificaciones en algunos rangos
de presión, especialmente en el rango barométrico.
Velocidad de respuesta de la presión
En variables de captación rápida, como la presión o el caudal hay que añadir el retardo
inherente al trabajo del microprocesador, cuanto mayor sean las funciones de programación
asignadas al transmisor, tanto mayor será el retardo.

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Simbologías
Simbología según las normas sobre instrumentación de medición y
control ISAS5.1-84 de ANSI/ISA del año 1984.
Símbolo de sensores y elementos primarios

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Bibliografías
CREUS, Antonio S. (2010). Instrumentación industrial. 8va Edición: Alfaomega Grupo Editor, México.
Bolton, W. (2004). Instrumentation and control systems. San Diego, CA, Estados Unidos de América.
El ingeniero ToolBox. Características estáticas de los instrumentos. [En línea]. 2020. [Citado 21-
Octubre-2020]. Disponible en Internet: https://www.engineeringtoolbox.com/instruments-static-
characteristics-d_1985.html
Herramientas de instrumentación. Introducción a la instrumentación industrial. [En línea]. 2020.
[Citado 21- Octubre-2020]. Disponible en Internet: https://instrumentationtools.com/introduction-
industrial-instrumentation/
Automatización y control. Instrumentación y control industrial: introducción a los principios
básicos. [En línea]. 2019. [Citado 21- Octubre-2020]. Disponible en Internet:
https://control.com/technical-articles/industrial-instrumentation-and-control-an-introduction-to-the-
basic-principles/

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Conclusiones
Las características estáticas y dinámicas, son factores que de alguna manera se encuentran presentes en un
sistema para hacer posible el rendimiento de los instrumentos. Estas características están conformadas por; error,
exactitud, precisión, histéresis, zona muerta o inerte, etc., siendo así en el caso de las características estáticas, que son
atributos que cambian lentamente con el tiempo. Así como también en las características dinámicas, que, son
aquellas que describen el comportamiento de un sistema. (Error dinámico, rapidez de respuesta, fidelidad y retraso).
Las mediciones son una de las partes más importantes en una planta de procesamiento. El uso adecuado de
los instrumentos permite que las maquinas reduzcan la variabilidad y funcionen al máximo de sus capacidades.
Los sistemas de control de procesos son fundamentales para mantener la calidad del producto, regulan las
temperaturas y monitorean las salidas. Sin este estándar de control, los productos variarían y la calidad se vería
afectada.
Con una calidad mejorada se obtienen niveles más altos de seguridad. Las válvulas de alivio de presión, por
ejemplo, pueden regular un suministro de vapor. Los interruptores de presión, por otro lado, evitarán que una
bomba se sobrecaliente. Esto es crucial, ya que la seguridad de la planta es la máxima prioridad en cualquier
operación.