Instituto Tecnológico Metropolitano (ITM) Institución Universitaria Medellín -Colombia.

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1 Instituto Tecnológico Metropolitano (ITM) Institución Universitaria Medellín -Colombia

2 1. Motivación

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15 CONTENIDO 1.Motivación 2.Características estáticas de los instrumentos 3.Características dinámicas de los sistemas de medida 4.Diagramas de proceso e instrumentación (P&ID). Norma ISA S5.1-1984 (R. 1992) 5.Principios físicos de instrumentos de detección y actuación 6.Transducción y sensado: Transductores y Transmisores

16 Estándares de Medida Intervalo de Medida (range): Conjunto de valores de la variable medida que están comprendidos entre el limite inferior y superior de la capacidad de medida de recepción y transmisión del instrumento. Se expresa por los dos valores extremos Intervalo de Medida (range): Conjunto de valores de la variable medida que están comprendidos entre el limite inferior y superior de la capacidad de medida de recepción y transmisión del instrumento. Se expresa por los dos valores extremos 2. Características estáticas de los sistemas de medida

17 Estándares de Medida Alcance (span): Diferencia algebraica entre los valores superior en inferior del alcance del instrumento Alcance (span): Diferencia algebraica entre los valores superior en inferior del alcance del instrumento 2. Características estáticas de los sistemas de medida

18 Estándares de Medida 2. Características estáticas de los sistemas de medida

19 Estándares de Medida Error: La desviación de las medidas practicas en un proceso con respecto a las medidas teóricas o ideales Error estático: Si el proceso está en condiciones de régimen permanente existe el llamado error estático. Error Dinámico: En condiciones dinámicas el error varía considerablemente debido a que los instrumentos tienen características comunes a los sistemas físicos Causas: Imperfecciones de los aparatos, factores medioambientales, proceso de medición de cada individuo Error: La desviación de las medidas practicas en un proceso con respecto a las medidas teóricas o ideales Error estático: Si el proceso está en condiciones de régimen permanente existe el llamado error estático. Error Dinámico: En condiciones dinámicas el error varía considerablemente debido a que los instrumentos tienen características comunes a los sistemas físicos Causas: Imperfecciones de los aparatos, factores medioambientales, proceso de medición de cada individuo 2. Características estáticas de los sistemas de medida

20 Estándares de Medida Error: Error= Valor leído en el instrumento – Valor ideal de la variable medida Error absoluto = Valor leído – Valor verdadero Error relativo = Error absoluto/ valor verdadero (Generalmente en valor absoluto) * Para el caso estático Error: Error= Valor leído en el instrumento – Valor ideal de la variable medida Error absoluto = Valor leído – Valor verdadero Error relativo = Error absoluto/ valor verdadero (Generalmente en valor absoluto) * Para el caso estático 2. Características estáticas de los sistemas de medida

21 Estándares de Medida Error: Error medio = ∑A n /N (A n : Mediciones, N: Número de mediciones) Máximo error= ± (a+b+c+d+e) (Participación de varios instrumentos: a, b, c, d son los errores relativos de cada instrumento) Error total en la medicion = ± * Para el caso estático Error: Error medio = ∑A n /N (A n : Mediciones, N: Número de mediciones) Máximo error= ± (a+b+c+d+e) (Participación de varios instrumentos: a, b, c, d son los errores relativos de cada instrumento) Error total en la medicion = ± * Para el caso estático 2. Características estáticas de los sistemas de medida

22 3. Características dinámicas de los sistemas de medida -Error dinámico: A cierta frecuencia, se define como la diferencia entre el valor indicado y el valor exacto de la variable medida -Velocidad de respuesta: La rapidez con que el sistema de medida responde a una perturbación de la variable de entrada. Cual es la importancia de la velocidad de respuesta?? -Error dinámico: A cierta frecuencia, se define como la diferencia entre el valor indicado y el valor exacto de la variable medida -Velocidad de respuesta: La rapidez con que el sistema de medida responde a una perturbación de la variable de entrada. Cual es la importancia de la velocidad de respuesta??

23 Estándares de Medida 2. Características estáticas de los sistemas de medida

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26 Estándares de Medida Exactitud (accuracy) Es la cualidad de un instrumento de medida por la que tiende a dar lecturas próximas al verdadero valor de la magnitud de medida Define los limites de los errores cometidos cuando el instrumento se emplea en condiciones normales de servicio durante un periodo o tiempo determinado (1 año). Se da en términos de “inexactitud” Exactitud (accuracy) Es la cualidad de un instrumento de medida por la que tiende a dar lecturas próximas al verdadero valor de la magnitud de medida Define los limites de los errores cometidos cuando el instrumento se emplea en condiciones normales de servicio durante un periodo o tiempo determinado (1 año). Se da en términos de “inexactitud” 2. Características estáticas de los sistemas de medida

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28 Exactitud 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). Hay varias formas para expresar la precisión:

29 2. Características estáticas de los sistemas de medida Exactitud 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). Hay varias formas para expresar la precisión:

30 Estándares de Medida Precisión: Característica de un instrumento en el que se presentan lecturas muy próximas unas a otras. (También denominado fidelidad) Precisión: Característica de un instrumento en el que se presentan lecturas muy próximas unas a otras. (También denominado fidelidad) 2. Características estáticas de los sistemas de medida

31 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. Por ejemplo: Zona muerta

32 Estándares de Medida Zona muerta (dead zone): Es el rango de valores de la variable que no hace variar la señal de salida del instrumento. No produce respuesta. Se da en tanto porciento del alcance de la medida Zona muerta (dead zone): Es el rango de valores de la variable que no hace variar la señal de salida del instrumento. No produce respuesta. Se da en tanto porciento del alcance de la medida 2. Características estáticas de los sistemas de medida

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36 Estándares de Medida Histéresis (Hysteresis): Es la diferencia máxima entre los valores indicados por el instrumento para todo el campo de medida cuando la variable recorre la escala en los dos sentidos: Ascendente y Descendente Histéresis= ABS (Valor de bajada – Valor de subida)/Alcance de la medida Se expresa en tanto porciento del alcance de la medida Histéresis (Hysteresis): Es la diferencia máxima entre los valores indicados por el instrumento para todo el campo de medida cuando la variable recorre la escala en los dos sentidos: Ascendente y Descendente Histéresis= ABS (Valor de bajada – Valor de subida)/Alcance de la medida Se expresa en tanto porciento del alcance de la medida 2. Características estáticas de los sistemas de medida

37 Estándares de Medida Por ejemplo: Si en un termómetro de 0-100 °C, para el valor de la variable de 40 °C, la aguja marca 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: 2. Características estáticas de los sistemas de medida

38 Estándares de Medida Sensibilidad (sensitivity): La razón entre el incremento de la señal de salida y el incremento de la señal medida 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. (en una línea de 4-20mA), la sensibilidad es el cociente: Sensibilidad (sensitivity): La razón entre el incremento de la señal de salida y el incremento de la señal medida 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. (en una línea de 4-20mA), la sensibilidad es el cociente: 2. Características estáticas de los sistemas de medida

39 Estándares de Medida Repetitibilidad (Repetitibility): La repetibilidad es la capacidad de reproducción 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. Sinónimo de precisión Repetitibilidad (%)= Repetitibilidad (Repetitibility): La repetibilidad es la capacidad de reproducción 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. Sinónimo de precisión Repetitibilidad (%)= 2. Características estáticas de los sistemas de medida

40 Repetitibilidad (Repetitibility): Ejemplo Repetitibilidad (%)= Repetitibilidad (Repetitibility): Ejemplo Repetitibilidad (%)=

41 Estándares de Medida Incertidumbre de la medida (uncertainty): Termino mas general que error… Cuantifica la influencia de factores externos e internos que intervienen en la medición o comparación de la medida con un patrón o valor verdadero Incertidumbre de la medida (uncertainty): Termino mas general que error… Cuantifica la influencia de factores externos e internos que intervienen en la medición o comparación de la medida con un patrón o valor verdadero 2. Características estáticas de los sistemas de medida

42 Estándares de Medida Incertidumbre de la medida (uncertainty): - -Influencia ambiental -Lectura diferentes sobre instrumentos analógicos realizadas por diferentes operadores -Variaciones de la medida en condiciones aparentemente idénticas - Valores inexactos en la calibración con el patrón -Influencia del instrumento en el proceso de medición. Resultado Dispersión en los valores… Incertidumbre de la medida (uncertainty): - -Influencia ambiental -Lectura diferentes sobre instrumentos analógicos realizadas por diferentes operadores -Variaciones de la medida en condiciones aparentemente idénticas - Valores inexactos en la calibración con el patrón -Influencia del instrumento en el proceso de medición. Resultado Dispersión en los valores… 2. Características estáticas de los sistemas de medida

43 Incertidumbre Hay dos incertidumbres A y B presentes en la medición. La A se relaciona con fuentes de error aleatorios y pueden ser evaluadas a partir de distribuciones estadísticas. La B esta asociada a errores de tipo sistemático. Incertidumbre de la medición Tipo A Calcule la incertidumbre de medición Tipo A mediante la siguiente ecuación:

44 2. Características estáticas de los sistemas de medida Incertidumbre Incertidumbre de la medición Tipo B Calcule la incertidumbre de medición Tipo B mediante la siguiente ecuación: Incertidumbre de la medición Combinada Calcule la incertidumbre de medición Combinada mediante la siguiente ecuación: Donde Up es la incertidumbre del patrón

45 2. Características estáticas de los sistemas de medida Incertidumbre Incertidumbre de la medición Expandida o Total Calcule la incertidumbre de medición Expandida mediante la siguiente ecuación con el factor de cobertura de 2 para un nivel de confianza de 95,5 %: U E = 2 * U C Nota: en caso de no conocer la incertidumbre del instrumento (tipo b) o la incertidumbre del patrón Up, tome como valores de estas, la menor escala de medida de dichos intrumentos

46 2. Características estáticas de los sistemas de medida Ejemplo: La siguiente tabla representa la calibración de un termómetro Digital Fluke S3 II Thermometer. Encuentre: a)La histéresis del instrumento b)La repetitividad c)La incertidumbre

47 Estándares de Medida Otros términos -Fiabilidad: Medida de la probabilidad que un instrumento se comporte dentro de los límites del error del instrumento en determinado tiempo y bajo condiciones especificas. -Temperatura de servicio -Resolución: Valor de los cambios de la señal de la salida cuando se varia continuamente toda la medida en el campo. Capacidad del instrumento de discriminar valores equivalentes a una cantidad o la menor diferencia que el aparato puede distinguir Sensibilidad Vs Resolución????? Cual es la diferencia Ruido: Perturbación que modifica la señal Otros términos -Fiabilidad: Medida de la probabilidad que un instrumento se comporte dentro de los límites del error del instrumento en determinado tiempo y bajo condiciones especificas. -Temperatura de servicio -Resolución: Valor de los cambios de la señal de la salida cuando se varia continuamente toda la medida en el campo. Capacidad del instrumento de discriminar valores equivalentes a una cantidad o la menor diferencia que el aparato puede distinguir Sensibilidad Vs Resolución????? Cual es la diferencia Ruido: Perturbación que modifica la señal 2. Características estáticas de los sistemas de medida

48 Estándares de Medida Otros términos -Reproducibilidad: capacidad del instrumento de repetir medidas para el mismo valor de la variable en un periodo de tiempo determinado bajo las mismas condiciones -Respuesta Frecuencial: Relación entre la amplitud de la señal de salida con respecto a la variable medida a una diferencia de frecuencia (Hz). Se expresa como: ……….% de ………a …….. Hz -Deriva Variación de la señal cuando en un periodo de tiempo se mantienen constantes la variable medida y las condiciones ambientales Otros términos -Reproducibilidad: capacidad del instrumento de repetir medidas para el mismo valor de la variable en un periodo de tiempo determinado bajo las mismas condiciones -Respuesta Frecuencial: Relación entre la amplitud de la señal de salida con respecto a la variable medida a una diferencia de frecuencia (Hz). Se expresa como: ……….% de ………a …….. Hz -Deriva Variación de la señal cuando en un periodo de tiempo se mantienen constantes la variable medida y las condiciones ambientales 2. Características estáticas de los sistemas de medida

49 Presentación de resultados 2. Características estáticas de los sistemas de medida Cifras significativas: Son aquéllas que ofrecen información sobre el valor real de la medida. La eliminación de cifras no significativas se denomina redondeo y debe realizarse de acuerdo con ciertas reglas. Criterios de redondeo Si la primera cifra que se omite es menor que 5, se elimina sin más (redondeo por defecto). Si es mayor o igual a 5, se aumenta en una unidad la última cifra significativa (re-dondeo por exceso). Ejemplos: 1.45854 => 1.4585 (regla 1) 1.4585 => 1.459 (regla 2) 1.459 => 1.46 (regla 2)

50 Presentación de resultados 2. Características estáticas de los sistemas de medida Reglas para expresar los resultados de las medidas Se utilizarán potencias de diez para evitar que haya cifras no significativas (ceros) en la parte entera de las cantidades. Si se utilizan potencias de diez, la misma potencia debe afectar al valor y a su incertidumbre. El valor y la incertidumbre se encierran entre paréntesis y se multiplican por la correspondiente potencia de diez. Hay que recordar que puede haber cifras significativas iguales a cero. Ejemplo, supongamos que en un experimento hemos obtenido el valor 1.4602. Si hemos obtenido como incertidumbre 0.049, la forma correcta de expresar el resultado sería 1.46±0.05. Sin embargo, si la incertidumbre es 0.0049, la forma correcta de expresar el resultado sería 1.460±0.005. Se utilizarán incertidumbres absolutas para expresar los resultados finales del experimento e incertidumbres relativas para los comentarios. Para las incertidumbres relativas tomaremos siempre dos cifras significativas.

51 Presentación de resultados 2. Características estáticas de los sistemas de medida Reglas para expresar los resultados de las medidas Se utilizarán potencias de diez para evitar que haya cifras no significativas (ceros) en la parte entera de las cantidades. Si se utilizan potencias de diez, la misma potencia debe afectar al valor y a su incertidumbre. El valor y la incertidumbre se encierran entre paréntesis y se multiplican por la correspondiente potencia de diez. Hay que recordar que puede haber cifras significativas iguales a cero. Ejemplo, supongamos que en un experimento hemos obtenido el valor 1.4602. Si hemos obtenido como incertidumbre 0.049, la forma correcta de expresar el resultado sería 1.46±0.05. Sin embargo, si la incertidumbre es 0.0049, la forma correcta de expresar el resultado sería 1.460±0.005. Se utilizarán incertidumbres absolutas para expresar los resultados finales del experimento e incertidumbres relativas para los comentarios. Para las incertidumbres relativas tomaremos siempre dos cifras significativas.

52 Presentación de resultados 2. Características estáticas de los sistemas de medida