¿Que es la instrumentación? Un conjunto de instrumentos o su aplicación con el propósito de observar , medir o controlar
¿Qué es un instrumento? Un dispositivo directa o indirectamente usado para medir y/o controlar una variable
IMPORTANCIA DE LA INSTRUMENTACIÓN
Es principalmente de orden económico, seguridad y confort humano
Los instrumentos realizan la actividades de medición y control
Liberan al hombre de su actuación física directa en procesos industriales
Permiten la supervisión y vigilancia del proceso desde salas de control ubicadas a cierta distancia del proceso
Permiten la fabricación de productos complejos, de mejor calidad, en menor tiempo y con menor costo
CLASIFICACIÓN GENERAL DE LOS INSTRUMENTOS
1.- Función del instrumento
2.- Con la variable del proceso
Función del instrumento:
Instrumentos ciegos:
Son aquellos que no tienen indicación visible de registros de la variable.
Aquí podemos encontrar los transmisores de caudal, presión, nivel y temperatura sin indicación.
Los instrumentos indicadores :
disponen de un índice y de una escala graduada en la que puede leerse el valor de la variable. Según la amplitud de la escala se dividen en indicadores concéntricos y excéntricos.
Los instrumentos registradores registran con trazo continuo a puntos la variable, y pueden ser circulares o de gráfico rectangular o alargado según sea la forma del gráfico
Los sensores :
captan el valor de la variable de proceso y envían una señal de salida predeterminada. El sensor puede formar parte de otro instrumento (por ejemplo, un transmisor) o bien puede estar separado.
Los transmisores: captan la variable de proceso a través del elemento primario y la transmiten a distancia en forma de señal neumática de margen 3 a 15 psi o electrónica de 4 a 20 mA de corriente continua o digital.
Los transductores :reciben una señal de entrada función de una o más cantidades físicas y la convierten modificada o no a una señal de salida, es decir, convierten la energía de entrada de una forma a energía de salida en otra forma ej:un relé, un elemento primario, un transmisor
Los convertidores:
Son aparatos que reciben una señal de entrada neumática o electrónica procedente de un instrumento y después de modificarla envían la resultante en forma de señal de salida normalizada o estándar.
Los receptores: reciben las señales procedentes de los transmisores y las indican o registran.
Los controladores comparan la variable controlada (presión, nivel, temperatura) con un valor deseado y ejercen una acción correctiva de acuerdo con la desviación.
Clasificación de los instrumentos
De acuerdo con la función de la variable del proceso:
Esta clasificación corresponde específicamente al tipo de las señales medidas siendo independiente del sistema empleado en la conversión de la señal de proceso
Campo de medida
El campo de medida (range) es el conjunto de valores de la variable medida que están comprendidos dentro de los límites superior e inferior de la capacidad de medida, de recepción o de transmisión del instrumento.
Alcance (span)
El alcance (span) es la diferencia algebraica entre los valores superior e inferior del campo de medida del instrumento
Error = Valor leído en el instrumento – Valor ideal de la variable medida
.- Precisión
La precisión es la cualidad de un instrumento por la que tiende a dar lecturas muy próximas unas a otras, es decir, es el grado de dispersión de las mismas.
precisión la podemos expresar de las siguientes formas:
- Tanto por ciento del alcance.
- 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.
.- Zona muerta (dead zone o dead band)
La 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.
Sensibilidad
La sensibilidad (sensitivity) 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.
Repetitibilidad
La repetitibidad (repeatibility) Es la capacidad de un instrumento de repetir o reproducir las posiciones del instrumento al medir repetidamente valores idénticos de la variable operacional, en las mismas condiciones de servicio y en el mismo sentido de la variación.
Histerisis
La histéresis (hysteresis) 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.
Medición de temperatura
La temperatura se utiliza, frecuentemente, para inferir el valor de otras variables del proceso. ” La Temperatura es una manifestación del promedio de energía cinética, ondulatoria y de traslación de las moléculas de una sustancia”.
Las unidades de temperatura son establecidas en cinco escalas arbitrarias: escala Farenheit °F, escala Centígrada °C, escala Kelvin K, escala Rankine °R y escala Reamur °Re
La detección, medición y control de temperatura en procesos industriales es deseada en los siguientes casos:
- En operaciones que involucran transferencia de calor, como los intercambiadores de calor, hornos, hervidores, evaporadores o calderas.
- Control de reacciones químicas sensibles a la temperatura.
- Operación de equipos, como torres de destilación, tanques de almacenamiento, torres de enfriamiento, mezcladores, cristalizadores, etc.
- Monitoreo del funcionamiento de equipo rotatorio, para prevenir calentamiento, como turbinas, compresores, bombas y motores en general.
- Control de temperatura de productos y límites de planta.
La detección, medición y control de temperatura en procesos industriales es deseada en los siguientes casos:
- En operaciones que involucran transferencia de calor, como los intercambiadores de calor, hornos, hervidores, evaporadores o calderas.
- Control de reacciones químicas sensibles a la temperatura.
- Operación de equipos, como torres de destilación, tanques de almacenamiento, torres de enfriamiento, mezcladores, cristalizadores, etc.
- Monitoreo del funcionamiento de equipo rotatorio, para prevenir calentamiento, como turbinas, compresores, bombas y motores en general.
- Control de temperatura de productos y límites de planta.
Termómetro vidrio:
El termómetro de vidrio consta de un depósito de vidrio que contiene, por ejemplo, Mercurio y que al calentarse, se expande y sube en el tubo capilar.
Bimetalicos:
El termómetro de vidrio consta de un depósito de vidrio que contiene, por ejemplo, Mercurio y que al calentarse, se expande y sube en el tubo capilar.
De resistencia:
La medida de temperatura utilizando sondas de resistencia depende de la variación de resistencia en función de la temperatura, que es propia del elemento de detección.
El elemento consiste, usualmente, en un arrollamiento de hilo muy fino del conductor adecuado bobinado entre capas de material aislante y protegido con un revestimiento de vidrio o de cerámica.
Ecuación /termómetro resist.:
La relación entre estos factores puede verse en la siguiente expresión lineal:
En la que:
= resistencia en ohmios a 0 °C
= resistencia en ohmios a t °C
= coeficiente de temperatura de la resistencia cuyo valor entre 0 °C y 100 °C es de:0,003850ΩΩ / (Ω/ °C) en la Escala Práctica de Temperaturas Internacional (IPTS-68)
- El metal que presenta una relación resistencia-temperatura altamente estable es el Platino.
Otros metales utilizados es el níquel (poco lineal), tungsteno (temperaturas mayores a 100 ºC) y cobre (bajo rango). - De resistencia Níquel: Mas barato que el Pt y posee una resistencia más elevada con una mayor variación por grado, el interés de este material lo presenta su sensibilidad, aunque no es lineal, ya que en el intervalo de temperatura de 0 a 100 º C, la resistencia de Níquel aumenta en un 62% mientras que el Pt solo aumenta en un 38%.
De resistencia Cobre: El cobre tiene una variación de resistencia uniforme en el rango de temperatura cercano a la ambiente; es estable y barato, pero tiene el inconveniente de su baja resistividad, ya que hace que las variaciones relativas de resistencia sean menores que las de cualquier otro metal.
- Por ejemplo, en el caso de que cada hilo de conexión a la sonda de resistencia tiene 1 Ω y la temperatura de la sonda es de 20 °C (107,793 Ω ).
- 107.793 + 2 = 100 × (1 + 0.00385 × t)
- Despejando
: - = 25.43ºC y el error es de 25.43 º C – 20 º C= 5.43ºC
- Los termistores son semiconductores electrónicos con un coeficiente de temperatura de resistencia negativo de valor elevado, por lo que presentan unas variaciones rápidas, y extremadamente grandes, para los cambios, relativamente pequeños, en la temperatura.
- La relación entre la resistencia del termistor y la temperatura viene dada por la expresión.
= resistencia en ohms a la temperatura mediada 
= resistencia en ohms a la temperatura de referencia 
= constante del fabricante
El termopar se basa en el efecto, descubierto por Seebeek en 1821, de la circulación de una corriente en un circuito cerrado formado por dos metales diferentes cuyas uniones (uníón de medida o caliente y uníón de referencia o fría) se mantienen a distinta temperatura.