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INSTRUMENTACION

INTRODUCCION

Si analizamos nuestras actividades cotidianas, desde el momento que suena la alarma de un despertador y nos preparamos para desarrollar nuestras actividades diarias, así como encender una lámpara o escuchar el encendido o apagado del motor de la bomba, etc., nos auxiliaremos de instrumentos que nos ayudan a desarrollar ciertas actividades oportunamente con eficiencia, rapidez, etc.

De igual manera mecánicos, electricistas, médicos, ingenieros y arquitectos, se auxilian de instrumentos para llevar a cabo sus actividades diarias, con el objetivo de lograr un avance con la mayor eficiencia, calidad y volumen de producción.

Es lógico pensar que para las industrias, sin importar el tamaño de estas, es imprescindible el uso de instrumentos industriales, para facilitar la manufactura de sus productos.

Como consecuencia de la globalización de los mercados internacionales, se ha orillado a los países del tercer mundo a competir en el mercado con productos de  calidad, precio y tiempos de entrega oportunos.

Para lograr lo anterior es importante, que los industriales de nuestro país, implementen la instrumentación y la automatización de sus procesos con el avance tecnológico requerido para mantenerse en el mercado nacional e internacional si es posible.

¿Que es la Instrumentacion Industrial?

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.

Los instrumentos industriales pueden realizar las siguientes funciones:

1.      Sensar o captar una variable

2.      Acondicionar una variable dada

3.      Transmitir una variable

4.      Controlar una variable

5.      Indicar la magnitud de una variable

6.   Totalizar una variable

7.      Registrar una variable

8.      Convertir una variable

9.      Alarmar por magnitud una variable

10.      Interrumpir o permitir una secuencia dada

11.      Transmitir una señal

12.      Amplificar una señal

13.      Manipular una variable del proceso, etc.

Clasificacion de los Instrumentos Industriales

Clasificar los instrumentos industriales, implica entrar a un tema muy amplio, ya que se requiere un conocimiento tanto teórico como práctico en la aplicación industrial de estos equipos.

 De acuerdo a la experiencia se tratará de hacer algunas clasificaciones en forma breve y lo más explicito posible para el lector:

1.      Por su aplicación:

1.1.         Neumáticos

1.2.         Hidráulicos

1.3.         Eléctricos

1.4.         Electrónicos

1.5.         Electromecánicos

1.6.         Mixtos

1.7.         Transductores

1.8.         Amplificadores

1.9.         Indicadores

1.10.     Analizadores

1.11.     Estación de operador

1.12.     Estación de control

1.13.     Estación de transferencia

      1.14    Relevador de cálculo.

2.      Por su localización:

2.1.         Instalados en campo

2.2.         Instalados localmente

2.3.         Instalados en tablero principal

2.4.         Instalados remotamente.

3.      Por su tecnología:

3.1.         Sistemas discretos

3.2.         Sistemas de control digital directo

3.3.         Sistemas de supervisión

3.4.         Sistemas de control supervisorio

3.5.         Sistemas de control supervisorio y

   adquisicion de datos

3.6.         Sistemas de control distribuido

3.7.         Sistemas de control avanzado

3.8.         Sistemas de control adaptables

3.9.         Sistemas expertos.

CARACTERISTICAS DE LOS INSTRUMENTOS

El sensor o captor:

Este es el instrumento capaz de captar las variaciones de las magnitudes o intensidades de las variables, tales como:

1.      Temperatura

2.      Nivel

3.      Flujo

4.      Presión

5.      Conductividad

6.      PH

7.      Tensión eléctrica

8.      Potencia eléctrica

9.      Revoluciones por minuto

10.      Posición

11.      Intensidad de readiación

12.      Turbidez

13.      Intensidad luminosa

14.      Consistencia, etc.

Este instrumento puede estar como elemento unitario o integrado a un transmisor según sea el tipo de aplicación.

TECNICAS DE CONTROL

INTRODUCCION

A medida que avanza la tecnología aplicada en la fabricación de los instrumentos industriales, los usuarios tienen en sus manos cada día herramientas mas poderosas para fabricar los productos con mayor calidad a costos bajos y tiempos de entrega mas cortos.

Implementar una técnica de control a un proceso dado, implica un conocimiento amplio sobre la dinámica del proceso y de todas las variables que intervienen en el, además de tener presente los algoritmos de control de cada lazo.

Independientemente del sistema de control que se aplique a un proceso dado, los algoritmos y las estrategias son aplicables.

Estas estrategias, se aplican con el fin de lograr un control regulatorio optimo sobre la variable o variables de interés, las cuales toman estados inestables en la operación normal del proceso, como resultado de las perturbaciones internas y externas al proceso.

En consecuencia, el funcionamiento correcto de un sistema de control esta determinado por la naturaleza del proceso, de las características de los lazos de control y de los ruidos externos.

Perturbaciones o Ruidos en el Proceso

En una planta industrial, por condiciones mismas de la carga existente para su operación, el ruido esta implícito en ellas, por lo tanto hay que tomar en cuenta sus efectos en la regulación de alguna variable.

Los ruidos son de distintos tipos, como son:

1.      Ruidos eléctricos:

1.1.         Variación de tensión

1.2.         Variación de corriente

1.3.         Armónicas en la señal eléctrica

1.4.         Factor de potencia

1.5.         Cortos circuitos

1.6.         Inductivos

1.7.         Por semiconductores

1.8.         Etc.

2.      Ruidos térmicos:

2.1.         Temperatura ambiente

2.2.         Constante térmica de los materiales

2.3.         Reacciones exotérmicas

3.      Ruidos por tiempos muertos:

3.1.         En motores

3.2.         En tanques

3.3.         En tuberías

3.4.         En reacciones químicas

3.5.         En transmisiones de señal electrónicas

3.6.         En transmisiones de señales eléctricas

3.7.         En transmisiones de señales mecánicas

2.8.         Etc.

4.      Ruidos por transmisión de señales:

      4.1.  Vía inalámbrica

Tecnicas de Control

En la industria, la aplicación del control retroalimentado en un proceso para regular la magnitud de una variable en un valor deseado, es común, que en algunos casos el error estático existente es pequeño y es relativamente sencillo mejorar el control a través de correcciones simples, pero en ocasiones no es posible, ya que, por condiciones del proceso se tiene un error estático considerable y/o inestable.

Antes de aplicar una técnica de control diferente a la retroalimentada en un proceso, es importante  tomar en cuenta que un regulador instalado, al iniciar su operación, requiere de una sintonización en línea sin importar la calidad de esta.

Si por algún motivo no es posible reducir el error estático a la inestabilidad del proceso, se debe pensar entonces en la estrategia de control, para mejorar la respuesta de esa variable en función a la calidad del producto.

Tecnicas  o Estrategias de Control

1.      Control retroalimentado.

2.      Control anticipativo.

3.      Control en cascada.

4.      Control de relación.

5.  Control selectivo.

6.      Control de set point programable.

7.      Control de set point programable cíclico.

8.      Control de rango dividido.

9.      Control de ajuste de punto final.

Control retroalimentado (feed back)

Objetivo: Mantener constante una variable en un valor deseado o variable a través del  tiempo.

El control retroalimentado, es la forma más simple de aplicar un control en lazo cerrado. El problema en este tipo de control, es que la corrección se hace después de que se presentó el problema y una cantidad del producto no lleva la calidad deseada, ya que la corrección llega un tiempo después.

Control anticipativo (feed forward)

Objetivo: Sensar la perturbación de una variable, antes de afectar al proceso y tomar la acción correctiva para evitar un efecto dañino al producto.

En los procesos que tienen tiempos muertos muy grandes, se presentan desviaciones en magnitud y frecuencia variables, la señal de error se detecta un tiempo después de que se produjo el cambio en la carga y ha sido afectado el producto, y como consecuencia la corrección actúa cuando ya no es necesario.

El problema anterior se resuelve aplicando al proceso esta técnica, que parte de la medición de una o varias señales de entrada y actúan simultáneamente sobre la variable de entrada, produciendo la salida deseada sobre el proceso.

Aplicar esta técnica de control implica un conocimiento amplio, exacto y completo de las características estáticas y dinámicas del proceso. La relación entre la variable de salida y la variable de entrada, constituye el modelo del proceso y es la función de transferencia del sistema de control en adelanto.

El controlador es quien debe responder a los cambios de las perturbaciones, pero como es lógico, su eficiencia depende de la exactitud del captor y elementos de interfase de una o más variables de entrada y de la exactitud alcanzada en el modelo, calculada en el proceso.

Cabe señalar que es costoso y algunas veces imposible determinar y duplicar el modelo exacto del proceso, por lo tanto, siendo realmente un control en lazo abierto, su aplicación dará lugar a un offset significativo, es decir, se tendrá un error estático permanente y a veces creciente.

El control anticipativo es capaz de seguir rápidamente los cambios dinámicos (estado transitorio), pero puede presentar un error estático considerable. Por tal motivo, regularmente se aplica combinado con el control retroalimentado.

Control en cascada

Objetivo: Mejorar la estabilidad de una variable del proceso aun con una optima sintonización del controlador en lazo retroalimentado.

La aplicación de esta técnica de control, es conveniente cuando la variable no puede mantenerse dentro del valor de set point deseado, debido a las perturbaciones inherentes al proceso.

Para que un sistema de control en cascada esté bien aplicada es necesario que se tomen en cuenta algunos aspectos importantes para su aplicación, estos son:

1.      Localizar las variables mas importantes del proceso.

2.      Localizar la variable básica a controlar.

3.      Localizar la variable que introduce la inestabilidad.

4.      Determinar la velocidad de cambio de ambas señales.

5.      Hacer un arreglo en cascada, de tal forma que el lazo mayor sea más lento y el controlador también (control maestro).

6.      El lazo menor deberá contener la variable más rápida y el controlador debe ser de respuesta con retardos mínimos (control esclavo).

7.      La relación de la constante de tiempo: TM/TE = 5 ó mayor.

8.      El controlador del lazo menor deberá sintonzarse con la ganancia más alta posible.

9.      El controlador esclavo se selecciona con set point remoto, mientras que el controlador maestro es de tipo local.

Naturalmente que estas recomendaciones son, basándose en la experiencia que se tiene sobre la dinámica del proceso, sobre el controlador y algo de sentido común.

Control de relacion

Objetivo: Controlar el flujo o el volumen de una variable en función de otra.

Esta técnica de control, se aplica por lo general a dos cantidades de flujos, que deben mantener una relación prefijada por el usuario.

Por lo general se tiene una línea de flujo de un fluido libre y sobre esta se mide la cantidad del fluido existente en velocidad o volumen, este valor se envía a un controlador que contiene un factor multiplicador o un divisor, cuya señal actúa sobre la válvula de control de otra línea con flujo proporcional al valor censado (flujo controlado).

El flujo libre se llama variable independiente y el flujo controlado se llama flujo dependiente.

Para este tipo de estrategia de control, es muy importante tomar las siguientes consideraciones:

1.      Ambas señales deben tener las mismas unidades.

2.      Ambas señales deben estar linealizadas o en forma cuadrática.

3.      El rango de los controladores deben ser compatibles con las señales recibidas de un 0% a un 100%.

4.      Tomar en cuenta que en la medición de fluidos la linealidad se pierde en los extremos de la medición.

5.      Las características de los fluidos deben ser muy similares.

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