INSTRUMENTACIÒN INDUSTRIAL En todos los procesos, es absolutamente necesario controlar y mantener constantes algunas magnitudes, tales como la presión, el caudal, el nivel, la temperatura, el pH, la conductividad, la velocidad, la humedad, etc. Los instrumentos de medición y control permiten el mantenimiento y la regulación de estas constantes en condiciones más idóneas que las que el propio operador podría realizar. En pocas palabras la instrumentación se encarga de mantener funcionando el proceso de manera optima a travez de elementos que sirven para medir, convertir, transmitir, controlar o registrar las variables. En la imagen anterior podemos ver algunos de los componentes principales de la instrumentación Transmisor: sirve para recibir la señal del sensor y convertirla a un estándar de 4-20ma Registrador: como su nombre lo indica registra el estatus del proceso Salida del controlador: Controla la señal de salida, para mandarla al actuador, manteniendo la variable a controlar lo mas cercano posible al set point. Que conceptos debo entender para introducirme a la instrumentación? Sensor: Llamamos sensor a un dispositivo que mide de manera automática una variable, como por ejemplo la temperatura, la presión o inclusive el régimen de giro, entre otras cosas. Transmisor: Se conoce como transmisor en el campo de la instrumentación y control al conjunto acondicionador de señal. Transductor: Es el instrumento o dispositivo capaz de transformar la energía disponible en una magnitud física dada en otra magnitud, Se usan por ejemplo para pasar de magnitudes acondicionadas en presión a corriente o tensión y modernamente a variables digitales para buses de campo. Rango: Es el conjunto de valores comprendidos entre los limites ( Superior e Inferior) que es capaz de medir el instrumento al que nos referimos. Resolución: Es el menor cambio en la variable del proceso capaz de producir una salida perceptible en el instrumento. Error: Se lo define como la diferencia entre el valor medido y el valor verdadero. Exactitud: Capacidad de un instrumento de dar valores de error pequeños. Precisión: Cuanto mayor es la precisión menor es la dispersión de los valores de la medición alrededor del valor medido. Repetibilidad: Capacidad de un instrumento de repetir la salida cuando se llega a la medición en diversas ocasiones bajo exactamente las mismas condiciones. Histéresis: es la capacidad de un instrumento de repetir la salida cuandose llega a la medición en ocasiones consecutivas bajo las mismas condiciones generales pero una vez con la medición de la variable en un sentido (por ejemplo creciente) y en la siguiente con lavariable en sentido contrario (por ejemplo decreciente). Íntercambiabilidad: Cuando se hace referencia a la ínter cambiabilidad de instrumentos pueden aparecer varios aspectos. Respecto de la exactitud, si un instrumento de +/- 1% es reemplazado por otro con la misma exactitud, habida cuenta que los errores se pueden sumar en ciertas condiciones, al hacer el cambio diremos que podemos asegurar la medición en +/- 2%, si no tomamos precauciones especiales de calibración. Calibración: La calibración es el proceso de comparar los valores obtenidos por un instrumento de medición con la medida correspondiente de un patrón de referencia (o estándar). Sensibilidad: Es la variación en la salida del instrumento por unidad de variación de la variable del proceso(entrada), en definitiva se puede decir que es la ganancia del instrumento. Error de cero: Aun cuando el valor de la variable del proceso esté en el mínimo del rango, donde la salida del instrumento debe ser el valor asociado al cero del rango ( en corriente por ejemplo 4mA), el instrumento marca a su salida un valor distinto de cero. Linealidad: Expresa lo constante que resulta la sensibilidad del sensor o aparato de medida. Una sensibilidad constante (alta linealidad) facilita la conversión del valor leído al valor medido. Estabilidad: capacidad para mantener invariable su curva de transferencia durante largos períodos de tiempo. Transductor activo – pasivo: Un transductor que es pasivo cuando no se alimenta de otra fuente que no sea la del mismo proceso que está midiendo. En cambio el activo es aquel que en general necesita menos energía del propio proceso a medir ya que tiene para su funcionamiento una fuente externa. Entradas deseadas: son las entradas al sistema de medición de las variables físicas que queremos medir. Interferencias: Son entradas no deseadas que el instrumento detecta sin la intención de hacerlo. Entradas modificantes y perturbaciones: Son aquellas que causan variaciones en las entradas deseadas como así también en las interferencias Ajustabilidad de rango (Rangeability): Es la relación entre el máximo valor de la variable medida respecto del mínimo sobre la cual semantendrá la exactitud especificada del instrumento EFECTOS DE LA CORRIENTE ELÈCTRICA La corriente eléctrica es capaz de crear varios efectos, que usamos hoy en día de una forma muy habitual, una de las grandes ventajas que presenta esta forma de energía es que se puede transformar fácilmente en otras formas de energía, así la corriente eléctrica, puede dar lugar, principalmente, a cinco efectos: * EFECTO TÉRMICO: los electrones chocan con los átomos del conductor, cediendo parte de su energía. Aumenta la agitación de los átomos, provocando el calentamiento del conductor. Ejemplo: El continuo choque entre electrones de la corriente y entre los electrones con los átomos del conductor hace que el conductor se caliente. Esta propiedad se aprovecha en estufas, planchas, resistencias, fusibles, etc Este fenómeno es conocido como Efecto Joule. El científico James Prescott Joule estudió la transformación de la energía eléctrica en energía térmica, cuando la corriente pasa a través de un conductor * EFECTO LUMINOSO al pasar por un hilo conductor muy fino, este se pone incandescente y emite luz, la resistencia es muy grande,y la energía calorífica también. Basado en este hecho, Edison, en 1878, ideó la lámpara de incandescencia, que hoy todavía utilizamos. Ejemplo: Si el metal se calienta mucho, como en el filamento de una bombilla (hasta 3000 ºC), se pone incandescente y emite luz, es una consecuencia del Efecto Joule. * EFECTO MAGNÉTICO: la corriente eléctrica crea un campo magnético. Ejemplo: La corriente eléctrica produce imanes. Una corriente eléctrica continua crea a su alrededor una zona con propiedades magnéticas. Se puede ver que la aguja de una brújula se desvía al paso de una corriente eléctrica continua, tal como vimos en el experimento de Oersted. * EFECTO MECÁNICO: se genera movimiento, al situar un imán cerca de la corriente eléctrica. Está basado en el efecto magnético. Como la corriente eléctrica se comporta como un imán, se puede producir un movimiento si situamos imanes cerca de una corriente eléctrica (Efecto Faraday). Esto es lo que sucede en un motor eléctrico. Ejemplo: Como la corriente eléctrica se comporta como un imán, se puede producir un movimiento si situamos imanes cerca de una corriente eléctrica. En esto están basados los motores eléctricos, que transforman la energía eléctrica en energía mecánica. * EFECTO QUÍMICO: el paso de la corriente eléctrica por una sustancia puede producir una reacción química (la electrolisis del agua, produce su descomposición en oxígeno e hidrógeno). Ejemplo: En la industria se emplea la electrolisis para transformar unas sustancias en otras: Para proteger una superficie metálica de la corrosión. Mejorar el aspecto superficial (Ej.: chapados de oro). Mejorar propiedades eléctricas, ópticas u otras. Obtener metales a partir de sus minerales Inducción electromagnética La inducción electromagnética es la producción de corrientes eléctricas por campos magnéticos variables con el tiempo. La inducción electromagnética es el fenómeno que origina la producción de una fuerza electromotriz (f.e.m. o voltaje) en un medio o cuerpo expuesto a un campo magnético variable, o bien en un medio móvil respecto a un campo magnético estático. Es así que, cuando dicho cuerpo es un conductor, se produce una corriente inducida. Una vez que Hans Christian Oersted puso de manifiesto que una corriente podía producir un campo magnético, muchos físicos empezaron a plantearse si ocurriría lo contrario: que un campo magnético fuese capaz de crear una corriente. Vamos a describir los experimentos que llevaron a cabo Michael Faraday en Inglaterra y Joseph Henry en E.U. y que ponen de manifiesto el fenómeno de la inducción. Experimento de Faraday En uno de sus experimentos, en 1831, Faraday enrolló un cable conectado a una pila alrededor de un anillo de hierro y enrolló un segundo cable en el otro lado del anillo, un cable sin pila. La idea era simple: si una corriente eléctrica generaba un campo magnético, tal vez un campo magnético generaría una corriente eléctrica. De modo que Faraday puso un detector en el segundo cable, el que no tenía pila alguna, y encendió el primer circuito conectado a la pila. Sin embargo, no sucedió lo que podría parecer evidente: cuando la pila estaba encendida y por tanto había un campo magnético, el segundo cable no mostraba corriente alguna. La situación era exactamente igual con la pila encendida que con la pila apagada. Pero, ¡ah!, algo inesperado sí sucedía: justo en el momento de encender el primer circuito o apagarlo, aparecía una corriente eléctrica en el segundo circuito. Lo extraño era que no era la existencia de un campo magnético lo que inducía una corriente en el circuito sin pila: era la variación del campo magnético la que generaba corriente. Además, y esto era también curioso, cuando se encendía el circuito, la corriente en el segundo circuito iba en un sentido, pero al apagarlo, la corriente iba en sentido contrario. En ambos casos se detectaba corriente durante un tiempo muy corto: el que duraba la transición apagado-encendido y viceversa. Eran los cambios, y no la mera existencia de campo magnético, los que causaban la aparición de corriente. Faraday enunció un principio que hablaba exclusivamente de cables y circuitos, y el ruso Heinrich Lenz lo refinó añadiendo el sentido de la corriente. Paradójicamente, ese fenómeno curioso pero aparentemente inútil del que ni siquiera el propio Faraday fue capaz de predecir su importancia, hoy en día domina nuestra vida cotidiana. Se encuentra allí donde dirijamos la mirada, pues es la base de nuestra tecnología, nuestro desarrollo y, en consecuencia, nuestra civilización: generadores eléctricos (ya sean de centrales térmicas, atómicas, hidráulicas, eólicas), motores eléctricos, transformadores (que se encuentran en todos los aparatos eléctricos y electrónicos del hogar), osciladores, baterías, hornos de inducción, ........................ Las leyes de Faraday-Henry y la ley de Lenz pueden sintetizarse en una: CONECCIÒN DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDIDA MEDICIONES Y ERRORES Medir significa comparar una magnitud de valor desconocido con una magnitud de referencia de igual especie, previamente elegida, que se denomina unidad de medida. En general los resultados de las mediciones no son exactos. Por más cuidado que se tenga en todo el proceso de la medición, es imposible expresar el resultado de la misma como exacto. Aún los patrones tienen error. En general, se acepta que las fuentes de error en las mediciones son debidas a: a) El instrumental. Los instrumentos poseen errores inherentes a ellos: diferencias de calidad, condiciones de funcionamiento, etc. b) El método de medida. La inserción de los instrumentos en el circuito modifica las condiciones de funcionamiento debido a las resistencias internas, por lo cual es importante tener en cuenta la influencia de las características de los instrumentos reales utilizados. c) El operador. Aún cuando el operador posea amplia experiencia en la utilización del instrumental, es esperable que se produzcan discrepancias en las lecturas efectuadas. El estudio a fondo de la teoría de errores excede los alcances de este capítulo y por lo tanto no se efectuará. DEFINICIONES Se pueden adoptar algunas definiciones, las cuales no son de uso exclusivo de las mediciones de carácter eléctrico. a) Precisión y exactitud. Las diferencias entre estas características no son tan sutiles como se supone. La precisión está vinculada con la repetibilidad de una medición, mientras que la exactitud se relaciona con la proximidad al valor verdadero de la misma. Es decir que una medición precisa es aquélla que, ante una misma excitación, presenta (o repite) siempre el mismo resultado. Por otra parte, una medición exacta se refiere a la proximidad a lo verdadero del resultado de dicha acción. Por lo tanto, de lo anterior se deduce que un instrumento preciso no siempre es y viceversa. b) Medida directa e indirecta. Las mediciones directas son aquéllas que se realizan sin necesidad de una medición intermedia adicional. Por ejemplo, una longitud se puede determinar a partir de la medición con un instrumento específico (una regla o una cinta métrica), constituyendo una medición directa; mientras que una superficie o un volumen surgen a partir de dos o tres mediciones de longitud (para el caso de un rectángulo o un paralelepípedo) más un cálculo adicional (producto de las mediciones), obteniéndose una medición indirecta. c) Valor verdadero (Vv). El valor verdadero es casi imposible de conocer. En la práctica puede tomarse como tal al promedio hallado a través de un muestreo estadístico de un gran número de mediciones, que se adopta como valor verdadero convencional. Dicho valor medio se aproximará tanto más al valor verdadero de la magnitud cuanto mayor sea el número de medidas, ya que los errores aleatorios de cada medida se va compensando unos con otros. d) Error absoluto. Se define como la diferencia entre el valor medido respecto de aquél que se ha tomado como verdadero: E=Vm -Vv e) Error relativo. Resulta del cociente entre el error absoluto y el valor verdadero (convencional), el cual se toma como referencia: V E e= V f) Error sistemático. Se llaman así porque se repiten sistemáticamente en el mismo valor y sentido en todas las mediciones que se efectúan en iguales condiciones. Pueden deberse a fallas de los instrumentos o del operador, son posibles de cuantificar y por lo tanto desafectar de las mediciones. BIBLIOGRAFÌA: https://www.ingmecafenix.com/electricidad-industrial/instrumentacion-conceptos-basicos/ http://albaida-ccnn.blogspot.com/2017/03/efectos-de-la-corriente-electrica.html http://elfisicoloco.blogspot.com/2013/02/induccion-electromagnetica.html http://sedici.unlp.edu.ar/bitstream/handle/10915/69967/Documento_completo.pdfPDFA.pdf?sequence=1&isAllowed=y
