Bibliografia

 Bibliografia

·         Normas isa república bolivariana de Venezuela, universidad simón bolívar, departamento de procesos y sistemas, sistemas de control ii – ps-2316

• ·         Especialización en automatización e informática industrial instrumentación industrial por Omar bustillos ponte puerto la cruz, noviembre del 2001

• ·         Instrumentación industrial 6.a edición, Antonio cruz

·         Instrumentación electrónica moderna y técnicas de medición, William D.Cooper, Albert D.Helfrick

·         Creus, Antonio. Instrumentación industrial. ed.alfa omega marcombo. México. 8va edición 2010. Díaz Murillo Rodolfo. 

·         laboratorio de instrumentación y control. Instituto politécnico nacional. México. 2010 (disponible en e-libro)

·         Pérez García, miguel ángel. instrumentación electrónica, editorial: Thomson paraninfo S.A

·         Electrónica y circuitos. María Isabel Giménez de guzmán universidad simón bolívar dpto.

·         Control. Instituto Politécnico Nacional. México. 2010 (Disponible en e-libro)

• ·         Real Decreto 1317/1989, de 27 de octubre, por el que se establecen las Unidades Legales de Medida. Mulero A., Suero M.A., Vielba A., Cuadros F. El Sistema Internacional de Unidades ... en el supermercado. Revista Española de Física, Vol 16, nº 5, 2002, págs. 41-45.
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• ·         Giacomo P. The new definition of the meter. Am. J. Phys. 52 (7) JUly 1984, pp. 607-613
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• ·         Enlace web: http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/unidades/unidades/unidades.htm
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•         ICONTEC:  Organización con amplia cobertura internacional sin ánimo de lucro, creado en 1963.
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•        Enlace Web:  http://www.icontec.org.co/
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•        Superintendencia de Industria y Comercio: organismo de carácter técnico orientado a fortalecer los procesos de desarrollo empresarial y la satisfacción del consumidor.
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•        Enlace web:  http://www.sic.gov.co/web/guest
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•      http://www.slideshare.net/joemac007/curso-de-instrumentacion
• 
  
•       http://www.utp.edu.co/~mauriciorami/libro2.pdf
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Metrologia

Metrologia

Es la matemática y técnica que estudia las mediciones de las magnitudes garantizando su normalizacion mediante la trazabilidad (es la propiedad de las mediciones afectadas tanto por el instrumento o por un patrón, tal que puede relacionarse con patrones nacionales, internacionales, y a través de estos a las unidades fundamentales del sistema internacional de unidades), en el ambito metrologico los términos tienen significados específicos y están contenidos en el "vocabulario internacional de metrologia" o VIM.

• Objetivo: obtención y expresión del valor de las magnitudes empleando para ello instrumentos, métodos y medios apropiados, con la exactitud requerida en cada caso.

• Características: resultado de la medición y la incertidumbre de la medida.

• Tipos de metrologia

-Metrologia científica: encargada de la investigación que conduce a la elaboración de patrones sobre bases científicas y promueve su reconocimiento y la equivalencia de estos a nivel internacional.

-Metrologia legal: la que se relaciona con las transacciones comercial, y busca garantizar, a todo nivel, que el cliente que compra algo reciba la cantidad efectivamente pactada.

-Metrologia industrial: se relaciona con la industria manufacturera, servicios de competitividad a través de la permanente mejora de las mediciones que inciden en la calidad.

• Importancia: permite asegurar la comparabilidad internacional de las mediciones y por tanto la intercambiablidad de los productos a escala internacional.

• Beneficios

El desarrollo de la metrología proporciona múltiples beneficios al mundo industrial, como veremos a continuación:

• Promueve el desarrollo de un sistema armonizado de medidas, análisis ensayos exactos, necesarios para que la industria sea competitiva.

• Facilita a la industria las herramientas de medida necesarias para la investigación y desarrollo de campos determinados y para definir y controlar mejor la calidad de los productos.

• Perfecciona los métodos y medios de medición.

• Facilita el intercambio de información científica y técnica.

• Posibilita una mayor normalización internacional de productos en general, maquinaria, equipos y medios de medición.

• Las empresas aseguran calidad, productividad y competitividad.

Sistema internacional de unidades SI

 En el año 1875, diecisiete naciones decidieron firmar el primer acuerdo internacional para unificar las unidades de medida y los patrones de medición, con la pretensión de buscar un sistema de unidades único para todo el mundo y así facilitar el intercambio comercial, científico y de todo aquello que tuviera relación con las mediciones; así nació la Convención del Metro de la cual hacen parte hoy 84 países, entre ellos Colombia, que se adhirió en el año 2012. En sus inicios, se adoptó el Sistema Métrico Decimal como referente, pero en el año 1960 se modificó por el Sistema Internacional de Unidades (que se conoce con la abreviatura SI).

 Definición: el SI es la organización sistemática y organizada que es establecida por convención, en el area de ingeniería se usa en cálculos de interés.

Unidades del SI

Unidades derivadas

·         Unidad de volumen o metro cubico, resultado de combinar tres veces la longitud.

·         Unidad de densidad o cantidad de masa por unidad de volumen, resultado de combinar masa (magnitud básica) con volumen (magnitud derivada). Se expresa en kilogramos por metro cúbico. Carece de nombre especial.

·         Unidad de fuerza, magnitud que se define a partir de la segunda ley de Newton (fuerza = masa × aceleración).

·         Unidad de energía. Es la energía necesaria para mover un objeto una distancia de un metro aplicándole una fuerza de un newton; es decir, fuerza por distancia.

Norma 

Una norma es un conjunto de reglas o pautas a las que se ajustan las conductas o normas sociales que constituyen un orden de valores orientativos y que permite ajustar ciertas conductas o actividades.

Es el fruto de consenso entre todas las partes interesadas e involucradas en la actividad objeto de la misma. Además, deben aprobarse por un organismo de Normalización reconocido.

Las normas garantizan unos niveles de calidad y seguridad que permiten a cualquier empresa posicionarse mejor en el mercado y constituyen una importante fuente de información para los profesionales de cualquier actividad económica.

Norma técnica

Una norma técnica es un documento aprobado por un organismo reconocido que establece especificaciones técnicas basadas en los resultados de la experiencia y del desarrollo tecnológico, que hay que cumplir en determinados productos, procesos o servicios.

Características

Contienen especificaciones técnicas de aplicación voluntaria.

Son elaborados por consenso de las partes interesadas: 

-Fabricantes.

-Administradores.

-Usuarios y consumidores.

-Centro de investigación y laboratorios.

-Asociaciones y colegios profesionales.

-Agentes sociales.

-Están basados en los resultados de la experiencia y el desarrollo tecnológico.

-Son aprobados por un organismo nacional, regional o internacional de normalizacion reconocido.

-Están disponibles al publico.

NTC 1000

Norma técnica colombiana, describe el sistema internacional de unidades, recomienda el uso de múltiplos y submúltiplos seleccionados del sistema internacional y da algunas otras unidades que se pueden utilizar con el sistema internacional de unidades. 

esta norma esta sujeta a ser actualizada permanentemente con el objeto de que responda a todo momento a las necesidades y exigencias actuales.

esta norma el estado colombiano la promulgo a través de la ley 872 del 2003 que determina los requisitos que las entidades publicas deben cumplir para implementar el sistema de gestión de la calidad.

Instituto de Metrologia de Colombia

El 16 de junio de 2011 se emite la ley 1450 por la cual se expide el Plan Nacional de Desarrollo, en el cual se incluye la necesidad de la existencia de una ley de metrología y del instituto nacional de metrología colombiana.

Objetivos

Superintendencia de industria y comercio

·         Mejorar los niveles de satisfacción de los usuarios 

·         Mejorar los tiempos de respuesta en los tramites que adelanta la Entidad

·         Identificar, prevenir, minimizar y controlar los factores de riesgo prioritarios presentes en la Entidad y que pueda generar accidentes laborales y enfermedades profesionales, de tal forma que se mantengan condiciones de trabajo seguras. 

·         Identificar, prevenir, minimizar y controlar los impactos ambientales y la contaminación derivada de las actividades de la Superintendencia, por medio de la implementación de programas de control que incluyan la reutilización, el reciclaje y el uso eficiente y racional de los recursos. 

·         Establecer acciones correctivas y preventivas con miras al mejoramiento del SIGI. 

Fundamentos de instrumentación y control

Una de las áreas de aplicación más importantes del control automático  es el control de los procesos industriales usualmente simplemente control de procesos.

       Los requerimientos crecientes de seguridad en la operación de los equipos, de mayores eficiencias energéticas. La preservación del medio ambiente y un control de calidad de los procesos más estrictos. Hacen necesario cada vez más sofisticados. El sistema de supervisión y control de un proceso industrial requiere sin embargo, desde instrumentos tan simples como un termómetro o planta para la implantación de esquemas de control modernos.

     Todo  lazo de control realimentado simple requerirá como mínimo de un elemento de medición y trasmisión del valor de la variable que se desea controlar. Un controlador y un elemento final de control debidamente interconectados disponibles para la medición de las principales variables medidas o controladas en la industria sobre las válvulas de control, las cuales son el elemento final de control más utilizado y sobre la operación de los controladores de uso industria industrial, su sintonización y los procedimientos para la obtención de la información necesaria del proceso para realizarla.

      El diseño de un sistema experimental o de medición es una actividad inherentemente interdisciplinaria. Por ejemplo, el sistema de control e instrumentación de una planta procesadora, requiere el concurso de ingenieros químicos, mecánicos, eléctricos y de sistemas. Similarmente, la especificación de la instrumentación para medir los terremotos y la respuesta dinámica de las estructuras (edificios, puentes, carreteras, etc.), involucra los conocimientos de ingenieros civiles, geólogos, ingenieros electrónicos, de sistemas. Basados en estos hechos, los tópicos presentados en este texto se han seleccionado para que sean de utilidad en el diseño de proyectos experimentales interdisciplinarios, en el área de medición e instrumentación de la medida.

Conceptos de interés 

·         El tiempo de respuesta: se define como el tiempo que pasa desde que se envía una comunicación y se recibe la respuesta.

Este tiempo de respuesta es debido a varias contribuciones:

-Tiempo de espera en el transmisor, debido a retrasos para preservar la capacidad de la red antes de que ocurra la transmisión.

-Tiempo de transmisión del mensaje, que depende de la longitud del mensaje y de la velocidad de transmisión.

-Tiempo de propagación, que depende de la arquitectura de la red, y el número de saltos al satélite.

-Tiempo de procesamiento del mensaje en el receptor, y tiempo necesario para generar la respuesta.

- Retraso producido por el protocolo, como resultado del control de errores, o control de flujo entre emisor y receptor.

• Condiciones Límites: Condiciones extremas que un instrumento de medida debe poder soportar sin daño y sin degradación de sus características metrológicas específicas cuando con posterioridad es utilizado en sus condiciones nominales de funcionamiento.

NOTAS:1. Las condiciones límite pueden ser diferentes para el almacenamiento, el transporte y el funcionamiento.2. Las condiciones límite pueden comprender valores límite para el mensurando y para las magnitudes de influencia.

• Patrón de medición: Un patrón de medición es una respuesta física de una unidad de medición. Una unidad se realiza con referencia de una unidad de medición. Una unidad se realiza con referencia a un patrón físico arbitrario o a un fenómeno natural que incluye constantes físicas y atómicas.

• Umbral de medición: es el valor más bajo o pequeño de una magnitud que puede generar un cierto efecto. En otro sentido, el umbral de medición  es la cantidad más reducida de una señal que tiene que existir para que sea advertida por un sistema.

• Magnitud Básica: cualquiera de las magnitudes que en un sistema de magnitudes, se aceptan por convenio como funcionalmente independientes las unas de las otras.

• Magnitud Derivada: Las magnitudes derivadas son aquellas que dependen de otras para ser medidas, por lo tanto son dependientes de las magnitudes fundamentales tales como densidad y velocidad. Deben usar al menos 2 elementos de medición juntos para poder realizarse un cálculo exacto. Pueden ser definidas o indefinidas.

• Incertidumbre de medida: parámetro asociado a los resultados de una medición que caracteriza la dispersión de los valores que podrían ser atribuidos razonablemente al mensurando o magnitud sujeta a una medición. vemos que uno de los componentes de la incertidumbre viene dado por la graduación o resolución del instrumento, exactitud de los sensores, el uso correcto del aparato en condiciones favorables, etc.

• Condiciones de referencia: Condiciones de utilización prescritas para los ensayos de funcionamiento de un instrumento de medida o para la intercomparación de los resultados de las medidas.

NOTA: Las condiciones de referencia comprenden generalmente valores de referencia o rangos de referencia para las magnitudes de influencia que afecten al instrumento de medida.

Características de los instrumentos de medición

Características estáticas de un sistema de medida

Son aquellas que al realizar la medición de la magnitud permanece constante en el tiempo o varia muy poco considerado de alguna manera constante.

·         -Curva de calibración: en un sistema de medida general es la línea que une los puntos obtenidos aplicando sucesivos valores de la magnitud de entrada con sus respectivos valores de salida.

·         -Campo o margen de medida (rango): es el ligado de valores comprendidos entre los límites superior e inferior donde se realiza la correspondiente medición.

·         -Alcance o fondo de escala: diferencia entre los límites superior e inferior de la medida.

·         Salida a fondo de escala: es la diferencia entre las salidas para los campos extremos de la medida.

·         -Sensibilidad: es la pendiente de la curva de calibración del sistema de medida estudiado.

·         No linealidad o linealidad: es la máxima desviación que hay con respecto a la línea de referencia, además expresa hasta qué punto es constante.

·         -Zona muerta: es la región presentada en la curva de calibración donde la sensibilidad se considera nula.

·         -Histéresis: es la diferencia en la salida para una misma entrada según el sentido de variación de entrada.

·         -Deriva: es la variación presentada en la curva de calibración por algúna circunstancia medioambiental.

·         -Saturación: es el nivel de entrada mediante la cual la sensibilidad disminuye de manera significativa.

·         -Resolución: incremento mínimo en la entrada que genera un cambio que es medible en la salida.

Errores

Al efectuarse una medición de una magnitud, se presentan incertidumbres los cuales se buscan corroborar.

·         Absoluto: diferencia entre el valor medido y el valor absoluto.

·         Relativo: cociente entre el valor error relativo entre el valor real.

Cuantificación del error

  ·         Veracidad: es el grado de concordancia que resulta entre el valor medio obtenido mediante una serie    de resultados y el valor aceptado como referencia misma.

•             Exactitud: es la propiedad del instrumento de dar una medida que se aproxime al valor verdadero o valor exacto.
  ·     Precisión: describe lo ajustado de la lectura al valor real, se cuantifica a partir de la repetibilidad y reproducibilidad.

-          Repetibilidad: mismo hecho pero cuando las medidas se realizan en un intervalo de tiempo cortó bajo las mismas condiciones de medida, indica la proximidad entre medidas sucesivas realizadas en iguales condiciones.

-          Reproducibilidad: mismo hecho pero en un intervalo de tiempo largo, realizado bajo varias condiciones de medida.

Así mismo para hacer del error algo de carácter verdadero y eficiente a la hora de hacer la  medición, se usan elementos como los siguientes:

·         Calibración: las tolerancias en los componentes electrónicos y las no idealidades comparadas hacen que la calibración enmarcada en las curvas sean diferentes, las cuales se ven reflejadas en el uso de los equipos que se da a lo largo del tiempo.

-Calibración a  punto: interactúa sobre un sistema de medida usado de manera que para un punto la salida sea lo más exacta posible, ejemplo: bascula, tacómetros, entre otros.

-Calibración del cero y de la sensibilidad: para ajustar perfectamente un instrumento de una curva de calibración lineal se necesitarían ajustar un punto y la sensibilidad.

La gama de un instrumento se define como la diferencia entre la indicación mayor y la menor que puede ofrecer el instrumento.

Eficiencia: es la indicación del instrumento dividida por la potencia que consume el circuito para poder efectuar la medición.

Clases de instrumentos

clases de instrumentos 

Según la función del instrumento, estos pueden clasificarse de la siguiente manera:

· Ciegos: sin indicación visible (alarmas).

· Indicadores: poseen un índice y una escala graduada.

· Registradores: capaces de graficar la evolución de la variable controlada.

· Sensores: captan el valor de la variable y envía una señal predeterminada.

· Transmisores: reciben la señal del sensor y la envían a distancia.

· Transductores: reciben una señal de entrada física y la convierten en una de salida (relé, convertidor PP/I o PP/P).

· Convertidores: reciben una señal de entrada procedente de un instrumento y la envían en forma de señal de salida estándar.

· Receptores: registran la señal procedente de los transmisores.

· Controladores: Comparan la variable controlada con un valor deseado y ejercen una adecuada acción correctiva.

También pueden clasificarse en función de la variable de proceso. Estos pueden ser: instrumentos de caudal, nivel, presión, temperatura, densidad, humedad, viscosidad, posición, velocidad, conductividad, frecuencia, etc.

Elementos primarios

Recepcionan la señal del medio controlado para indicar al sistema de medicion una respuesta a la variable controlada, estan permanentemente en contacto con las variables, y pueden generar cambios en las variables involucradas.

Elemento final de control

Como tarea final recibe la señal del controlador (dependiendo del uso o acción a controlar) modificando la acción del controlador para ser trasmitida.

En el control automático de los procesos industriales la válvula de control juega un papel muy importante en el bucle de regulación. Realiza la función de variar el caudal del fluido de control que modifica a su vez el valor de la variable medida comportándose como un orificio de área continuamente variable.

 válvula de control

Mantenimiento de los instrumentos

Los instrumentos requieren un mantenimiento para su funcionamiento que puede ser:

· Correctivo: reparación del instrumento por alto coste de servicio.
· Preventivo: revisión planificada a intervalos regulares.
· Predictivo: revisión por aviso de fallo del instrumento.

Aplicaciones en la industria

Existen varias aplicaciones típicas de instrumentos en los procesos industriales.

Algunas de las operaciones de proceso que se utilizan con mayor frecuencia son:

· Caldera de vapor: se caracteriza por una capacidad nominal de producción de
vapor en toneladas/hora a una presión especificada y con una capacidad adicional
de caudal en puntas de consumo de la fábrica.

· Secadores y evaporadores: tienen por objeto obtener el producto sólido con poca
humedad y concentrar el producto en forma líquida al evaporar el agua
respectivamente.

· Horno túnel: tres zonas típicas del horno (precalentamiento, cocción y
enfriamiento) y el transporte de la carga a una velocidad determinada.

· Columnas de destilación: consiste en separar en forma continua una mezcla por
diferencia de composición entre un líquido y su vapor.

· Intercambiadores de calor: utilizado en la gran mayoría de los procesos industriales
tales como precalentamiento, pasteurización, esterilización y refrigeración entre
otras.

características dinámicas de los sistemas de medida

Características dinámicas

Las características dinámicas de un sistema de medida describen su comportamiento ante una entrada variable. El tipo de entrada puede ser transitoria (impulso, escalón, rampa), periódica (senoidal) o aleatoria (ruido). La elección de una u otra depende del tipo de sensor. Por tanto el comportamiento del sensor empleado su comportamiento dinámico viene dado por su función de transferencia.

Se clasifican en dos:

• Respuesta temporal

-Constante de tiempo:La constante de tiempo es un medio para medir cómo cambia el flujo de electricidad debido a ciertos componentes.

-Tiempo de establecimiento: tiempo que transcurre hasta  que el sistema proporciona una salida buscada dentro del margen de tolerancia establecido.

-Sobreoscilación: máxima desviación transitoria entre la variable de salida y su valor final en régimen permanente  expresado en porcentaje de la diferencia entre sus valores en final e inicial.

• Respuesta frecuencial

-Ancho de banda: longitud, medida en Hz, del rango de frecuencias en el que se concentra la mayor parte de la potencia de la señal.

-Frecuencias de corte: es el punto en el cual el filtro empieza a recortar frecuencias, esto tiene diferentes implicaciones dependiendo el tipo de filtro.

-Distorsión armónica total: es el porcentaje respecto a la amplitud del valor RMS que se genera de la transferencia de un dispositivo. 

Ø  Evaluación de la respuesta dinámica

En la instrumentación es de suma importancia la respuesta un sistema o equipo ante la presencia de una señal de entrada (señal escalón, rampa, impulso), ya que toma en cuenta los efectos dinámicos del sistema mismo.

Por tanto las características dinámicas se dan en los diferentes sistemas dados.

Sistema de orden cero: cuya ecuación diferencial no existen derivadas, respuesta temporal y frecuencial no varía. Y(t)=Kx(t), ejemplo potenciómetro lineal como sensor de posición.

-Sistema de orden uno:  característica dinámica la constante de tiempo, tiempo de subida y de establecimiento, posee un elemento almacenador de energía y otro disipador de la misma.

-Sistema de orden dos: según la inercia y el amortiguamiento.

Sobreamortiguado, lentos

Subamortiguado, rápidos con oscilaciones

Críticamente amortiguado, más rápidos que los sobreamortiguados

Tipos de error

·         Estático: proceso que se lleva a cabo de manera permanente.

·         Dinámico: condiciones dinámicas, los instrumentos poseen  comunes a los sistemas físicos como: absorben energía en el proceso, la transferencia necesita tiempo para ser trasmitida, retardo en la lectura (termopar, bulbo).

Categorías:

·         Errores graves: son producidos por el hombre, el mal uso del instrumento, fallas en la lectura, entre otros.

·         Errores aleatorios: se producen por causas desconocidas incluso cuando los sistemáticos se han considerado.

·         Errores sistemáticos:

 Se clasifican en

-Errores Instrumentales: referente a los defectos de fabrica, se pueden verificar sus fallas mediante la reproducibilidad y repetibilidad.

-Errores ambientales: la intervención del medio exterior que afecta la operación del instrumento.