Terminología Esencial en Instrumentación y Control de Procesos Industriales

Definiciones Fundamentales de Instrumentación

• Instrumentación: Es el grupo de elementos que sirven para medir, controlar o registrar variables de un proceso con el fin de optimizar los recursos utilizados en este.

Parámetros de Medición

Rango y Límites

• Rango de medida: Conjunto de valores de la variable medida que están comprendidos dentro de los límites superior e inferior de la capacidad de medida del instrumento.
• LRV (Valor de Rango Mínimo): El valor mínimo de la variable medida que un dispositivo está ajustado para medir.
• URV (Valor de Rango Máximo): El valor máximo de la variable que un dispositivo está ajustado para medir.
• SPAN: Diferencia algebraica entre los valores máximo y mínimo (URV – LRV).

Características de Desempeño

Los siguientes factores afectan la calidad de la medición:

• Exactitud
• Linealidad
• Precisión
• Histéresis
• Resolución
• Error
• Repetibilidad
• Incertidumbre
• Reproducibilidad

Descripción de Características

• Exactitud: Es el grado de conformidad de un valor indicado por un instrumento a su valor estándar aceptado como verdadero.
• Precisión: Es el grado de concordancia entre una serie de determinaciones obtenidas al repetir la medición y se expresa como la desviación estándar relativa o el coeficiente de variación.
• Sensibilidad: Es la señal de entrada más pequeña que resulta en una señal de salida detectable.
• Discriminación: Según el VIM, el umbral de discriminación es la máxima variación del valor de la magnitud medida que no causa variación detectable de la indicación correspondiente.
• Repetibilidad: Es la precisión de un resultado de medición expresado como la concordancia entre determinaciones o mediciones independientes bajo las mismas condiciones.
• Reproducibilidad: Es la precisión de resultados de medición expresado como la concordancia entre determinaciones independientes realizadas bajo diferentes condiciones.
• Linealidad: Se define como la cercanía con la cual una curva se aproxima a una línea recta.
• Histéresis: Es la variación en la respuesta de un equipo al medir una variable en direcciones opuestas (ascendente y descendente); los puntos de repetibilidad entre ambas direcciones pueden ser iguales o desiguales.

Tipos de Errores y Comportamientos

• Errores sistemáticos: Son errores que introducen los instrumentos o errores de ajustes.
• Errores aleatorios (Rozamientos internos): En los instrumentos analógicos se produce una falta de repetibilidad en la respuesta debido fundamentalmente a rozamientos internos en el sistema móvil.
• Zona muerta: Es el máximo campo de variación de la variable en el proceso real para el cual el instrumento no registra ninguna variación en su indicación, registro o control.
• Saturación: Es el área en la cual el instrumento ha sobrepasado su capacidad máxima de operación, por lo que se presenta un comportamiento distinto a la operación normal.

Configuraciones de Rango

• Rango con supresión de cero: Es aquel rango de un instrumento cuyo valor mínimo se encuentra por encima del valor real de la variable.
• Rango con elevación de cero: Es aquel rango de un instrumento cuyo valor mínimo se encuentra por debajo del valor real de la variable.

Clasificación de Instrumentos de Medición y Control

Instrumentos según su Función de Salida

• Instrumentos indicadores: Disponen de un índice y de una escala graduada que muestra un valor real de la variable medida. Según sus clases, se dividen en indicadores concéntricos, excéntricos y digitales.
• Instrumentos ciegos: Son aquellos que no tienen indicación visible de la variable. Los instrumentos de alarma son un ejemplo, tales como presostatos y termostatos.
• Instrumentos registradores: Se usarán cuando sea necesario un registro histórico de la variable que se estudia en un determinado proceso.

Componentes del Lazo de Control

• Controlador: Es el encargado de ejercer la función de comparar lo que está sucediendo en el proceso con lo que realmente se desea que suceda en él.
• Tipos de controladores:
  1. Controlador a temperatura de lazo único.
  2. Controlador todo o nada.
  3. Controlador de potencia.
  4. Controlador de temperatura N 960 (Nota: Este ejemplo específico puede ser obsoleto o muy particular).
• Instrumentos transmisores: Estos instrumentos captan la variable de proceso a través del elemento primario y la transmiten a distancia en forma de señal neumática o en forma de corriente.
• Instrumentos de alarmas: Son instrumentos electrónicos que comparan la señal de entrada contra un porcentaje fijo, de tal forma que si se rebasa el punto fijo del porcentaje, producen en su salida niveles lógicos que indican el rebasamiento de la señal que monitorean.
• Elementos primarios: Están en contacto físico con la variable que miden y utilizan o absorben energía del medio que controlan para darle al sistema de medición una indicación o respuesta a las variaciones.
• Sensor: Es un dispositivo diseñado para recibir información de una magnitud del exterior y transformarla en otra magnitud, normalmente eléctrica, que sea capaz de cuantificarse y manipularse.
• Transductores (Fuera de línea): Son instrumentos fuera de línea, no en contacto con el proceso, que son capaces de realizar operaciones lógicas y matemáticas.
• Receptores: Son los instrumentos que generalmente son instalados en el panel de control como interfaz entre el proceso y el operador.
• Elemento final de control: Será este elemento quien reciba la señal del controlador y, estando en contacto directo con el proceso en línea, ejerza un cambio en este.

Documentación y Estándares de Instrumentación

Organismos y Estándares

• ISA: Sociedad Internacional de Automatización.
• SAMA: Asociación Científica de Fabricantes de Aparatos (Scientific Apparatus Makers Association).
• DTI: Diagrama de Tuberías e Instrumentación (Piping and Instrumentation Diagram).
• ANSI/ISA 5.1: Estándar más utilizado para representar los dibujos (Símbolos e Identificación de Instrumentación).
• P&ID’s: Planos de construcción y operación de los sistemas y procesos de instrumentación.

Conceptos de Identificación

• Número de lazo de control: Representa el número de lazo de control en el cual se encuentra el instrumento dentro del proceso.
• Asignable: Este término se aplica a una característica que permite el cambio (o dirección) de una señal de un dispositivo a otro sin la necesidad de actividad manual o reconfiguración física.

Normas ISA Aplicables a DTI’s

• ANSI/ISA S5.1: Identificación y símbolos de instrumentación.
• ANSI/ISA S5.2: Diagramas lógicos binarios para operaciones de proceso.
• ANSI/ISA S5.3: Símbolos gráficos para control distribuido, instrumentación de desplegados compartidos, sistemas lógicos y computarizados.

Términos Adicionales de Diagramación y Lógica

• Binario: Término aplicado a una señal o dispositivo que tiene solo dos posiciones o estados discretos.
• Burbuja: Símbolo circular usado para denotar e identificar el propósito de un instrumento o función; este también es sinónimo de balón.
• Válvula de control: Es un dispositivo, el más comúnmente usado, que actúa manual o automáticamente y que directamente manipula el flujo de uno o más procesos.
• Convertidor: Es un dispositivo que recibe información de un instrumento en una determinada manera y transmite una señal de salida en otra forma.
• Función: Propósito que se debe cumplir un dispositivo de control.
• Identificación: Secuencia de letras o dígitos, o ambas, usadas para señalar un instrumento en particular o un lazo.
• Local: Es la localización de un instrumento que no está montado dentro o sobre un panel o consola, ni está ubicado en el cuarto de control.
• Lazo: Combinación de uno o más instrumentos de control que señalan el paso de uno a otro con el propósito de medir y/o controlar las variables de un proceso.
• Estación manual de carga: Función que tiene un ajuste de salida manual que es usado con un actuador u otros dispositivos.
• Panel: Estructura que tiene un grupo de instrumentos montados sobre ella.
• Proceso: Es cualquier operación o secuencia de operaciones que involucren un cambio de energía, estado, posición, dimensión, etcétera.
• Controlador lógico programable (PLC): Un controlador usualmente con entradas y salidas múltiples que contiene un programa alterable.
• Relay: Dispositivos cuya función es pasar información sin alterarla o sólo modificarla en determinada forma.
• Set point (Punto de ajuste): También se le llama punto de referencia y puede ser establecido manual o automáticamente, o programado.
• Switch: Dispositivo que conecta, desconecta, selecciona o transfiere uno o más circuitos y no está diseñado como un controlador.
• Transductor: Término general para un dispositivo que recibe información en forma de uno o más cuantificadores físicos.
• Numeración de lazos: La identificación de un lazo implica asignarle a este un número único, de esta manera se puede completar la identificación de un instrumento.

Organizaciones de Estandarización Relevantes

Acrónimos Comunes

• AWS: Sociedad Americana de Soldadura (American Welding Society).
• NFPA: Asociación Nacional de Protección contra el Fuego (National Fire Protection Association).
• IEEE: Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica (Institute of Electrical and Electronics Engineers).
• ANSI: Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (American National Standards Institute).
• ASME: Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (American Society of Mechanical Engineers).
• ACM: Asociación de los Sistemas Informáticos (Association for Computing Machinery).
• API: Instituto Americano del Petróleo (American Petroleum Institute).

Ejemplo de Sensor Específico

• Tubo Pitot: Son sensores en el exterior del fuselaje que miden la presión del aire y la traducen a velocidad relativa (aplicación aeronáutica).