Ing. Oscar Querevalu Mendoza

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INSTRUMENTACIÓN UNIDAD I Terminología de Instrumentación Características de Instrumentos (ISA-S51.1: “Process Instrumentation Terminology”) Ing. Oscar Querevalu Mendoza

Terminología de Instrumentación Los instrumentos de control empleados en las industrias de proceso tales como química, petroquímica, alimenticia, metalúrgica, energética, textil, papel, etc., tienen su propia terminología; los términos empleados definen las características propias de medida y de control y las estáticas y dinámicas de los diversos instrumentos utilizados: Indicadores, registradores, controladores, transmisores y válvulas de control. Ing. Oscar Querevalu Mendoza

Terminología de Instrumentación La terminología empleada se ha unificado con el fin de que los fabricantes, los usuarios y los organismos o entidades que intervienen directa o indirectamente en el campo de la instrumentación industrial empleen el mismo lenguaje. Ing. Oscar Querevalu Mendoza

CARACTERISTICAS ESTÁTICAS 1.1 Campo de medida (range) Espectro o conjunto de valores de la variable medida que están comprendidos dentro de los límites superior e inferior de la capacidad de medida o de transmisión del instrumento; viene expresado estableciendo los dos valores extremos. Por ejemplo: el campo de medida del instrumento de temperatura es de ° C. Ing. Oscar Querevalu Mendoza

CARACTERISTICAS ESTÁTICAS Alcance (span). Se define como alcance de un dispositivo de medida a la diferencia entre los valores superior e inferior del rango. Ing. Oscar Querevalu Mendoza

EJERCICIO N°1 Complete la siguiente tabla: Ing. Oscar Querevalu Mendoza

1.3 EL ERROR Es la diferencia algebraica entre el valor leído o transmitido por el instrumento y el valor real de la variable medida. En condiciones dinámicas el error varía considerablemente debido a que los instrumentos tienen características comunes a los sistemas físicos: absorben energía del proceso y esta transferencia requiere cierto tiempo para ser transmitida, lo cual da lugar a retardos en la lectura del aparato. Ing. Oscar Querevalu Mendoza

CARACTERISTICAS DINAMICAS Siempre que las condiciones sean dinámicas, existirá en mayor o menor grado el llamado error dinámico (diferencia entre el valor instantáneo de la variable y el indicado por el instrumento): su valor depende del tipo de fluido del proceso, de su velocidad, del elemento primario (termopar, bulbo y capilar), de los medios de protección (vaina), etc. Ing. Oscar Querevalu Mendoza

CARACTERISTICAS DINAMICAS Si el límite del error relativo de cada instrumento es ± a, ± b, ± e, ± d, etc., el máximo error posible en la medición será la suma de los valores anteriores, es decir Ing. Oscar Querevalu Mendoza

CARACTERISTICAS DINAMICAS Ahora bien, como es improbable que todos los instrumentos tengan al mismo tiempo su error máximo en todas las circunstancias de la medida, suele tomarse como error total de una medición la raíz cuadrada de la suma algebraica de los cuadrados de los errores máximos de los instrumentos, es decir, la expresión: Ing. Oscar Querevalu Mendoza

Por ejemplo, el error obtenido al medir un caudal con un diafragma, un transmisor electrónico de 4-20 mA c.c., un receptor y un integrador electrónicos es de: Error del diafragma % Error del transmisor electrónico de 4-20 mA ,5 % Error del receptor electrónico ,5 % Error del integrador electrónico ,5 % Ing. Oscar Querevalu Mendoza

CARACTERISTICAS ESTÁTICAS Tipos de error en un instrumento Existen tres tipos de error los cuales usualmente se pueden presentar en un instrumento: error de cero,error de multiplicación (o span) y error de angularidad (o linealidad). Ing. Oscar Querevalu Mendoza

CARACTERISTICAS ESTÁTICAS Error de cero. Es un corrimiento constante entre el valor medido y el valor real o ideal de la variable y es normalmente medido tomando como referencia el cero de la variable medida. Es decir, se coloca en cero la variable medida y se observa la salida del instrumento; si su valor no está comprendido dentro de la banda de exactitud del instrumento, se dice que el instrumento tiene un error de cero. Este error permanece constante durante todo el rango de medición y puede ser corregido mediante la calibración del instrumento (ajustando el tornillo de cero). Ing. Oscar Querevalu Mendoza

Error de cero. Ing. Oscar Querevalu Mendoza

ERROR DE MULTIPLICACIÓN (O SPAN).
Es la diferencia entre el alcance actual del instrumento y el alcance ideal. Cuando este error está presente el alcance puede ser ligeramente mayor o menor al alcance ideal. Se llama de multiplicación porque su característica fundamental es que no existe error en el RI de la escala, pero el error va aumentando progresivamente, y en forma lineal, a medida que se va acercando al RS El error de multiplicación también puede ser corregido mediante la calibración del instrumento (ajustando el tornillo de span). Ing. Oscar Querevalu Mendoza

ERROR DE MULTIPLICACIÓN (O SPAN). Ing. Oscar Querevalu Mendoza

ERROR DE ANGULARIDAD. El error de angularidad está presente en instrumentos de transmisión mecánica del movimiento a la aguja de indicación de la variable medida. Este error se genera debido a que en la mitad de la escala, las barras transmisoras del movimiento no están formando un ángulo de 90º. Este error es máximo en el medio de la escala,y nulo en los extremos y puede ser corregido mediante la calibración del mecanismo de barras de transmisión del movimiento Ing. Oscar Querevalu Mendoza

ERROR DE ANGULARIDAD. Ing. Oscar Querevalu Mendoza

ERROR SISTEMÁTICO. Es aquel que proviene de un defecto del instrumento, desgaste o de un ajuste inadecuado. Por lo tanto el error es casi siempre igual y del mismo signo, es decir predecible y repetitivo, y por lo tanto puede ser corregido. Los tres errores mencionados anteriormente pueden ser considerados como errores sistemáticos. Ing. Oscar Querevalu Mendoza

1.4 INCERTIDUMBRE DE LA MEDIDA (UNCERTAINTY)
Los errores que existen necesariamente al realizar la medida de una magnitud, hacen que se tenga una incertidumbre sobre el verdadero valor de la medida. La incertidumbres la dispersión de los valores que pueden ser atribuidos razonablemente al verdadero valor de la magnitud medida. En el cálculo de la incertidumbre intervienen la distribución estadística de los resultados de series de mediciones, las características de los equipos , etc. Ing. Oscar Querevalu Mendoza

1.4 INCERTIDUMBRE DE LA MEDIDA (UNCERTAINTY) Incertidumbre en medidas reproducibles Cuando al realizar una serie de medidas de una misma magnitud se obtienen los mismos resultados, no se puede concluir que la incertidumbre sea cero; lo que sucede es que los errores quedan ocultos ya que son menores que la incertidumbre asociada al aparato de medición. En este caso, puede establecerse un criterio simple y útil: cuando las medidas son reproducibles, se asigna una incertidumbre igual a la mitad de la división más pequeña del instrumento, la cual se conoce como resolución. Por ejemplo, al medir con un instrumento graduado en mililitros repetidas veces el volumen de un recipiente se obtiene siempre 48.0 ml, la incertidumbre será 0.5 ml. Lo que significa que la medición está entre 47.5 a 48.5 ml, a éste se le conoce como intervalo de confianza de la medición y su tamaño es el doble de la incertidumbre. Esto generalmente se aplica cuando se trata de aparatos de medición tales como reglas, transportadores, balanzas, probetas, manómetros, termómetros, etc Ing. Oscar Querevalu Mendoza

1.4 INCERTIDUMBRE DE LA MEDIDA (UNCERTAINTY) Incertidumbre en medidas no-reproducibles Cuando se hacen repeticiones de una medida y estas resultan diferentes, con valores x1, x2,...,xN, surgen las preguntas: • ¿Cuál es el valor que se reporta? • ¿Qué incertidumbre se asigna al valor reportado? La respuesta a estas preguntas se obtiene a partir del estudio estadístico de las mediciones, el cual debe de arrojar cual es la tendencia central de las medidas y su dispersión. Una introducción al tema del tratamiento de datos se presenta a continuación: El promedio x de una muestra o conjunto de mediciones X1,X2,X3,….Xn está dado por X = (X1+X2+X3+……..+N) = __________________ N ∑ X i ____ Ing. Oscar Querevalu Mendoza

1.5 EXACTITUD Es la cualidad de un instrumento de medida por la que tiende a dar lecturas próximas al verdadero valor de la magnitud medida. Ing. Oscar Querevalu Mendoza

☺ EJEMPLO Considere un instrumento que tiene las siguientes características: RM: 200 ºC a 400 ºC Exactitud: ± 0,5% del Span. Vm: 300 ºc Calcular entre qué valores puede estar comprendido el valor real. Ing. Oscar Querevalu Mendoza

Solución. Span = RS - RI = 400 ºC ºC = 200 ºC. Exactitud = ± 0,5% de 200 ªC = ± 1ºC El valor real debe estar comprendido entonces entre (300 -1) y (300 +1) °C, es decir, 299 ºC < Vr < 301 ºC. Ing. Oscar Querevalu Mendoza

☺ EJEMPLO Considere un instrumento que tiene las siguientes características: RM: 200 ºC a 400 ºC Exactitud: ± 0,5% del RS. Vm: 300 ºC Calcular entre que valores puede estar comprendido el valor real. Ing. Oscar Querevalu Mendoza

Solución. Exactitud = ±0,5% de 400 ªC = ± 2ºC El valor real debe estar comprendido entonces entre (300 -2) y (300 +2) ªC, es decir, 298 ºC < Vr < 302 ºC. Ing. Oscar Querevalu Mendoza

☺ EJEMPLO Considere un instrumento que tiene las siguientes características: Exactitud: ± 0,5% del Vm. Vm: 300 ºC Calcular entre que valores puede estar comprendido el valor real. Ing. Oscar Querevalu Mendoza

Solución. Exactitud = ±0,5% de 300 ªC = ± 1,5ºC El valor real debe estar comprendido entonces entre (300 -1,5) y (300 +1,5) ªC, es decir, 298,5 ºC < Vr < 301,5 ºC. Ing. Oscar Querevalu Mendoza

☺ EJEMPLO Considere un instrumento que tiene las siguientes características: Exactitud: ± 3 ºC Vm: 300 ºC Calcular entre que valores puede estar comprendido el valor real Ing. Oscar Querevalu Mendoza

1.6 PRECISIÓN (ACCURACY) La precisión es la tolerancia de medida o de transmisión del instrumento (intervalo donde es admisible que se sitúe la magnitud de la medida), y define los límites de los errores cometidos cuando el instrumento se emplea en condiciones normales de servicio durante un período de tiempo determinado (normalmente 1 año). Ing. Oscar Querevalu Mendoza

1.6 PRECISIÓN (ACCURACY) La precisión de un instrumento, es la capacidad para indicar valores idénticos, bajo el mismo valor de la variable medida y en las mismas condiciones de servicio (mismo sentido de variación). A diferencia de la exactitud, la precisión indica la dispersión entre si, de los valores medidos, más no la diferencia entre los valores medidos y los valores reales. Ing. Oscar Querevalu Mendoza

1.6 PRECISIÓN (ACCURACY) El campo de medida del instrumento de temperatura es de ° C.para una lectura de 150° C y una precisión de ± 0,5 % el valor real de la temperatura estará comprendido entre 149 y 151 ° C; Ing. Oscar Querevalu Mendoza

DIFERENCIA ENTRE EXACTITUD Y PRECISIÓN.
Se puede concluir que un instrumento puede ser: exacto y preciso, exacto mas no preciso, preciso pero no exacto y ni preciso ni exacto Es importante indicar que en la especificación de exactitud de un instrumento está contemplada la repetibilidad del mismo, sin embargo en ciertas circunstancias es necesario conocer el valor de la repetibilidad así como el de exactitud Ing. Oscar Querevalu Mendoza

DIFERENCIA ENTRE EXACTITUD Y PRECISIÓN. Ing. Oscar Querevalu Mendoza

1.7 Zona muerta (dead zone o dead band)
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. Viene dada en tanto por ciento del alcance de la medida. Ing. Oscar Querevalu Mendoza

1.8 Sensibilidad (sensitivity)
Es la razón entre el incremento de la lectura y el incremento de la variable que lo ocasiona, después de haberse alcanzado el estado de reposo. Por ejemplo, si en un transmisor electrónico de 0-10 bar, la presión pasa de 5 a 5,5 bar y la señal de salida de 11,9 a 12,3 mA c.c., la sensibilidad es el cociente: Ing. Oscar Querevalu Mendoza

1.9 Repetibilidad (repeatibility)
La repetibilidad es la capacidad de reproducción de las posiciones de la señal de salida, del instrumento al medir repetidamente valores idénticos de la variable en las mismas condiciones de servicio y en el mismo sentido de variación, recorriendo todo el campo. Se considera en general su valor máximo (repetibilidad máxima) y se expresa en tanto por ciento del alcance; un valor representativo es el de ± 0,1 %. Nótese que el término repetibilidad no incluye la histéresis Ing. Oscar Querevalu Mendoza

Basada en la desviación estándar. Ing. Oscar Querevalu Mendoza

1.9 Repetibilidad (repeatibility)
En las aplicaciones de control continuo automático a lazo cerrado, la repetibilidad de un instrumento es un factor importante en la estabilidad del lazo, ya que un transmisor que reporte valores diferentes para el mismo valor de entrada, puede ocasionar oscilaciones indeseadas a la salida del controlador que pueden degenerar en inestabilidad. Ing. Oscar Querevalu Mendoza

1.10 Histéresis (hysteresis)
La histéresis es la diferencia máxima que se observa en los valores indicados por el índice o la pluma del instrumento para el mismo valor cualquiera del campo de medida, cuando la variable recorre toda la escala en los dos sentidos, ascendente y descendente. Se expresa en tanto por ciento del alcance de la medida. Por ejemplo: Si en un termómetro de %, para el valor de la variable de 40 °C, la aguja marca Ing. Oscar Querevalu Mendoza

39,9 al subir la temperatura desde 0, e indica 40,1 al bajar la temperatura desde 100 °C, el valor de la histéresis es de: 40,1-39, = ± 0,2 % 100-0 Ing. Oscar Querevalu Mendoza

El manómetro será tanto más exacto cuanto más próximo esté el valor medio de las medidas al valor verdadero de 5 bar y será más preciso cuanto menor sea la dispersión de las medidas. Por lo tanto, los instrumentos de medida estarán diseñados por los fabricantes para que sean precisos, y como periódicamente se descalibran, deben reajustarse para que sean exactos Ing. Oscar Querevalu Mendoza

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