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Medicion en el control automatico
Instrumentos Activos - Pasivos. Instrumento Activo Un ejemplo es un indicador de nivel de un tanque como se muestra en la figura. El cambio de nivel en el tanque mueve el brazo de un potenciómetro y la señal de salida consiste en una proporción de la fuente de voltaje externo aplicado en las terminales del potenciómetro. Instrumento Pasivo En este ejemplo es un dispositivo de medición de presión, la presión del fluido se traduce en movimiento de un apuntador contra una escala. La energía gastada moviendo el apuntador es derivada del cambio de presión medida, no hay otras entradas de energía al sistema. Exactitud y Presión. Exactitud Exactitud es la extensión en la cual la lectura puede ser incorrecta y generalmente se representa como un porcentaje de la escala completa de lectura de un instrumento.
Precisión Precisión es un termino que describe el grado de libertad de un instrumento de alta precisión, entonces la dispersión de las lecturas será muy pequeña.
ACCION DE CONTROL DIRECTA E INVERSA
Directa La acción directa se considera cuando a punto de ajuste constante, si la variable aumenta, la salida aumenta. Inversa Se considera cuando a punto de ajuste constante si la variable aumenta la salida disminuye. Alcance (SPAN) Diferencia algebraica entre los 2 valores alto y bajo de rango. Autorregulación Característica inherente del proceso la cual lleva a una condición de equilibrio sin la intervención de un control automático. Banda Proporcional La gama de valores a través de los cuales la variable controlada debe cambiar para causar que el elemento final de control se mueve de un extremo a otro. Cavitación Las cavidades de vapor no pueden existir con una presión aumentada y son forzadas a un colapso o implosión que produce ruido, vibración, daño físico. Circuito de Control Es un sistema dentro del cual un cierto valor en magnitud debe ser mantenido dentro de limites, preestablecidos. Un circuito de control automático (LOOP) puede ser manual o automático. Constante de Tiempo Tiempo transcurrido para alcanzar el 63.2% de un cambio cuando tenemos la estabilidad en la medición.
Controlador Automático En un mecanismo que mide el valor de una cantidad o condición variable y opera para mantenerla dentro de sus limites. Posiciones Acción del controlador en el cual el elemento final de control es movido de una de las posiciones fijas a la otra a valores determinadas de la variable controlada. Efecto Peltier Cuando una corriente eléctrica es pasada por a través de dos metales diferentes, en un sentido el calor es absorbido y la unión enfriada y en el sentido opuesto el calor es liberado este efecto es reversible, es decir, si la unión se calienta o enfría se genera una fem. en uno u otro sentido. Efecto Thompson En un metal homogéneo se absorbe calor cuando una corriente eléctrica fluye en un sentido y se libera calor cuando fluye en sentido contrario. Este efecto es reversible de modo que se genera una fem. en uno u otro sentido si hay un gradiente de temperatura en un metal homogéneo. Elemento Final de Control Es la parte del circuito de control tal como una válvula de diafragma, motor de palanca o calentador eléctrico, los cuales directamente varían al agente de control; dispositivo que directamente cambia el valor de la variable manipulada de un circuito de control. Elemento Primario La parte de un circuito de control o instrumento que detecta primero el valor de una variable de proceso, que asume una condición predeterminada y una salida. El elemento primario puede ser separado o integrado con otro elemento funcional del circuito de control. El elemento primario es también conocido como un detector o sensor. Instrumentos Analógicos y Digitales Un instrumento analógico proporciona una salida que varia continuamente conforme cambia la cantidad que se esta midiendo. La salida puede tener un numero infinito de valores dentro del rango de medición para el cual el instrumento fue diseñado, por ejemplo en un manométro de carátula, conforme el valor de entrada, cambia el apuntador se mueve con un movimiento continuo suave. Mientras que el apuntador puede estar en un numero infinito de posiciones dentro de su rango de movimiento el numero de diferentes posiciones que el ojo humano puede discriminar es muy limitado depende de las dimensiones de la escala y de sus divisiones.
Un instrumento digital tiene una salida que varia en pasos discretos y por lo tanto solo puede tener un numero finito de valores. Un contador de revoluciones es un ejemplo de un instrumento digital. En este caso se coloca una leva al cuerpo cuyo movimiento esta siento medido por cada revolución que cumple, la leva abre o cierra un interruptor, las operaciones de cerrado son contadas por medio de un contador electrónico. El sistema solo puede contar revoluciones completas y por lo tanto no registra cualquier movimiento que no complete una revolución. Un instrumento digital es ventajoso por que puede interfasarse directamente a una computadora de control. Elementos Primarios de Medición Es aquel que detecta el valor de salida o sea es la porción de los medios de medición que primero utiliza o transforma la energía del medio controlado. Los elementos primarios de medición mas comunes son:
ACCION DE UN SISTEMA DE CONTROL Directa Cuando al aumentar la variable la válvula debe cerrar. Inversa Cuando al aumentar la variable la válvula debe abrir. Sistemas Abiertos Son aquellos que no verifican o rectifican la salida del proceso, esto se refiere a que en estos tipos de sistemas únicamente van a controlar las diferentes variables antes del proceso o durante si. Sistemas Cerrados Son aquellos sistemas en donde el aparato de control verifican la salida del proceso. Para este tipo de sistemas se tiene mas control sobre el proceso. Los sistemas cerrados se clasifican en 2 tipos: Sistemas Cerrados de Prealimentación.- Son aquellos sistemas donde el elemento primario de medición ( este puede ser un termómetro o algún otro aparato) se encuentra instalado antes de entrar al proceso y el medio que estamos controlando. Sistemas Cerrados de Retroalimentación.- Son aquellos sistemas en donde el elemento primario de medición, se encuentra en la salida del proceso y el medio que se esta controlando. Una combinación de ambos se conoce como mixto. La figura 2 es un sistema de control cerrado de prealimentación; por que mide la variable antes de entrar al proceso y modifica al agente de control para que la variable controlada adquiera el valor deseado. La figura 3, sistema cerrado de retroalimentación. Con la variable controlada (temperatura) medida en la salida del proceso.
Proceso El o los equipos en los cuales la variable controlada va a ser contenida dentro de ciertos valores predeterminados. Variable de Proceso Una cantidad o condición física o química se varia en función del tiempo. Variable Controlada Es una variable de proceso que es medida y/o controlada por un sistema de control. Fluido de Medición Un fluido o energía que lleva la señal producida en el elemento primario o un receptor, que puede ser un indicador, un registrador, un transmisor, etc. Transmisor Un dispositivo que detecta la variable controlada a través de un elemento de estado estable varia como una función predeterminada de la variable controlada. Señal de Medición. Señal producida en un transmisor 5 elementos primarios y que es medida en forma de presión, corriente, voltaje o energía electromagnética. Controlador Automático Un dispositivo que mide el valor de una cantidad o condición variable y opera para mantenerla dentro de sus limites. Punto de Ajuste Es el valor de la variable controlada que se desea mantener y es ajustado mecánicamente o por otro medio. Señal Controlada También llamada salida del controlador, es una magnitud en presión, corriente o voltaje, obtenida como resultado de una operación en el controlador. Elemento final de control. Es la parte del circuito de control que directamente varia al agente de control. Agente de Control. Material o energía del proceso que afecta el valor de la variable controlada y su cantidad es regulada por el elemento final de control. Variable Manipulada Variable del agente de control que se opera por el elemento final de control y directamente cambia la energía del proceso. Transductor Es un dispositivo que convierte un tipo de energía a otra o una carga o movimiento. En la figura 4 se muestra el circuito para controlar el flujo de una solución química (mezcla) el sistema cuenta con un controlador de flujo magnético. Lo que se quiere mantener constante y puede ser la alcalinidad o acidez de la solución medidas por su PH, al variar el potencial de la solución el transmisor de flujo magnético que posee mecanismos de control, a su vez, por medio de una señal neumática acciona una válvula que puede regular o cerrar el paso de la solución a la tubería de la alimentación. Se muestra un circuito de control sencillo; su funcionamiento es el siguiente, al llegar el fluido al nivel preestablecido, el flotador sube y envía una señal mecánica al controlador neumático que envía una señal neumática a la válvula de entrada al tanque que cierra la alimentación. El circuito de control se utilizado para controlar la temperatura de un fluido que es calentado por medio de un flujo de vapor, cuando la temperatura varia con relación a un valor ya fijado, un elemento sensor de temperatura envía una señal al controlador del sector, que a su vez por medio de una señal neumática cierra la llave o válvula de alimentación de vapor. Error Es la diferencia algebraica entre el valor leído o transmitido por el instrumento y el valor real de variable medida. Error Angular o de Linealidad Aparece en el centro de la gama cuando las lecturas son ciertas al principio y al final de la escala. Error Dinámico Diferencia entre el valor instantáneo de la variable y el valor leído por el instrumento y es afectado por las condiciones dinámicas del proceso. Error de Multiplicación Se presenta cuando incrementa o disminuye a lo largo de la escala. Error Estático Error obtenido cuando el proceso esta en régimen permanente y la variable medida no cambia su valor. Error Lineal o de Cero Es constante a lo largo de la escala. Errores de Medición Se tienen 2 familias de errores 1. Propios del sistema. 2. Por patrones falsos 2. Los instrumentos de medición generalmente garantizan el 1% de precisión, cuando se requiere mayor precisión implica mayor costo, hay cuidar que el patrón cumpla con los requerimientos. Hay 2 o 3 tipos de fuentes Ruidos de Medición Interno. Se pueden meter a nivel de elemento primario (termopar), en la transmisión es donde se introduce ruido ya que por ejemplo, el termopar mide bien pero en la transmisión se introducen ruidos que afectan la medición.
Los errores mas comunes son de interpretación y observación que son: paralaje, interpolación, conocimientos del operador
Ruidos Exteriores Se deben a perturbaciones del medio ambiente (ondas de radio, efectos electromagnéticos). Todos los cables de instrumentación son blindados y torcidos para reducir la influencia externa al mínimo en las cajas de conexión se tienen problemas de mala conexión a tierra.
Tiempo de Respuesta La mayoría de los instrumentos de medición están calibrados para que trabajen como sistemas de 2° orden critico (sistema electromecánico), la constante de tiempo del sistema, la mayoría de las variables físicas se calibran para tiempo critico pero aun así tienen atraso. Termistores Los resistores térmicos son dispositivos que se diseñan usualmente de manera que su resistencia disminuya cuando aumenta la temperatura, se fabrican compuestos llamados óxidos los cuales son combinaciones de oxigeno y metales, como magnético, níquel, cobalto. Los termistores se presentan en varias formas:
Puesto que la resistencia de un termistor cambia con la temperatura, funciona como un resistor controlado por el calor y por ellos mismo puede emplearse como un sensor de calor, este es un dispositivo que convierte los cambio de temperatura en cambios correspondientes del valor de la corriente en un circuito. Un ejemplo de un circuito tal que se utiliza para mediciones de temperatura, se muestra a continuación.
El termistor, se conecta en serie con una pila seca ordinaria y con un ampérmetro, cuando cambia la temperatura alrededor del termistor, cambia también el valor de la corriente, la escala del medidor puede calibrarse o dividirse en grados de manera que pueda realizarse una lectura de temperatura. Transductor Es un dispositivo que convierte un tipo de energía a otra o una carga o movimiento. En la figura 4 se muestra el circuito para controlar el flujo de una solución química (mezcla) el sistema cuenta con un controlador de flujo magnético. Lo que se quiere mantener constante y puede ser la alcalinidad o acidez de la solución medidas por su PH, al variar el potencial de la solución el transmisor de flujo magnético que posee mecanismos de control, a su vez, por medio de una señal neumática acciona una válvula que puede regular o cerrar el paso de la solución a la tubería de la alimentación.
Se muestra un circuito de control sencillo; su funcionamiento es el siguiente, al llegar el fluido al nivel preestablecido, el flotador sube y envía una señal mecánica al controlador neumático que envía una señal neumática a la válvula de entrada al tanque que cierra la alimentación.
El circuito de control se utilizado para controlar la temperatura de un fluido que es calentado por medio de un flujo de vapor, cuando la temperatura varia con relación a un valor ya fijado, un elemento sensor de temperatura envía una señal al controlador del sector, que a su vez por medio de una señal neumática cierra la llave o válvula de alimentación de vapor.
Error Es la diferencia algebraica entre el valor leído o transmitido por el instrumento y el valor real de variable medida. Error Angular o de Linealidad Aparece en el centro de la gama cuando las lecturas son ciertas al principio y al final de la escala. Error Dinámico Diferencia entre el valor instantáneo de la variable y el valor leído por el instrumento y es afectado por las condiciones dinámicas del proceso. Error de Multiplicación Se presenta cuando incrementa o disminuye a lo largo de la escala. Error Estático Error obtenido cuando el proceso esta en régimen permanente y la variable medida no cambia su valor. Error Lineal o de Cero Es constante a lo largo de la escala. Errores de Medición Se tienen 2 familias de errores 1. Propios del sistema. 2. Por patrones falsos 2. Los instrumentos de medición generalmente garantizan el 1% de precisión, cuando se requiere mayor precisión implica mayor costo, hay cuidar que el patrón cumpla con los requerimientos.
Hay 2 o 3 tipos de fuentes
Ruidos de Medición Interno. Se pueden meter a nivel de elemento primario (termopar), en la transmisión es donde se introduce ruido ya que por ejemplo, el termopar mide bien pero en la transmisión se introducen ruidos que afectan la medición.
Los errores mas comunes son de interpretación y observación que son: paralaje, interpolación, conocimientos del operador
Ruidos Exteriores Se deben a perturbaciones del medio ambiente (ondas de radio, efectos electromagnéticos). Todos los cables de instrumentación son blindados y torcidos para reducir la influencia externa al mínimo en las cajas de conexión se tienen problemas de mala conexión a tierra.
Tiempo de Respuesta La mayoría de los instrumentos de medición están calibrados para que trabajen como sistemas de 2° orden critico (sistema electromecánico), la constante de tiempo del sistema, la mayoría de las variables físicas se calibran para tiempo critico pero aun así tienen atraso. Termistores Los resistores térmicos son dispositivos que se diseñan usualmente de manera que su resistencia disminuya cuando aumenta la temperatura, se fabrican compuestos llamados óxidos los cuales son combinaciones de oxigeno y metales, como magnético, níquel, cobalto. Los termistores se presentan en varias formas:
Puesto que la resistencia de un termistor cambia con la temperatura, funciona como un resistor controlado por el calor y por ellos mismo puede emplearse como un sensor de calor, este es un dispositivo que convierte los cambio de temperatura en cambios correspondientes del valor de la corriente en un circuito. Un ejemplo de un circuito tal que se utiliza para mediciones de temperatura, se muestra a continuación.
El termistor, se conecta en serie con una pila seca ordinaria y con un ampérmetro, cuando cambia la temperatura alrededor del termistor, cambia también el valor de la corriente, la escala del medidor puede calibrarse o dividirse en grados de manera que pueda realizarse una lectura de temperatura. La razón de estandardizar las gamas de las señales de salida de los transmisores es poder interconectar instrumentos de diversas marcas y uniformizar los receptores, esto permite a los receptores recibir señales de cualquier variable, sin importar la gama de esas variables puesto que todos los transmisores tienen salidas comunes. Los transmisores neumáticos constituidos de 3 partes principales
Alto: indica que la válvula esta, o se aproxima a la posición de apertura completa. Bajo: Denota que se acerca o esta en la posición completamente cerrada. Figuran a continuación los símbolos a emplear en los planos y dibujos de representación de instrumentos en los procesos industriales.
*Se sugieren las siguientes abreviaturas para representar el tipo de alimentación (o bien purga de fluidos) AS Alimentación de aire. ES Alimentación Eléctrica. GS Alimentación de gas. HS Alimentación hidráulica. NS Alimentación de nitrógeno. SS Alimentación de vapor. WS Alimentación de agua. **El símbolo también se aplica también a cualquier señal que emplee gas como medio de transmisión. Si se emplea un gas distinto del aire debe identificarse con una nota al lado del símbolo o bien de otro modo. *** Los fenómenos electromagnéticos incluyen calor, ondas de radio, radiación nuclear y luz.
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