1 Intro variables y magnitudes físicas y químicas
- 1. UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE SENSORES Y DISPOSITIVOS INTELIGENTES (NRC: 23105) TECNOLOGÍA SUPERIOR EN AUTOMATIZACIÓN E INSTRUMENTACIÓN PERÍODO 202550 (ABRIL – AGOSTO 2025)
- 2. AGENDA Medidas en sistemas físicos Naturaleza de los Datos (Información analógica e información digital) Instrumentación – Definición Clasificación de los instrumentos
- 3. Introducción Al poner en marcha una industria y monitorear el funcionamiento correcto es necesario aplicar los instrumentos correctos: medición y control • Medición son todas aquellas tareas relacionadas con la función de detectar la presencia y magnitud de una variable física como la presión, el caudal, el nivel, la temperatura, el pH, la conductividad, la velocidad, la humedad, el espesor, etc. y mostrarla de una manera comprensible para el operador. • En procesos industriales es necesario mantener ciertas magnitudes físicas constantes o controlarlas en base a condiciones propias a cada proceso. En estas tareas, los instrumentos de medición y control ayudan y en no pocas veces, son los que en definitiva permiten el mantenimiento y la regulación de estas constantes, sea en forma manual o automática.
- 4. Introducción • En industrias relativamente pequeñas, es posible para el operador llevar a cabo un control manual de las variables empleando instrumentos de medida simples como manómetros, termómetros, válvulas manuales, etc. En un proceso complejo sin embargo, se requiere de un cierto grado de automatización en los que se debe recurrir a versiones sofisticadas de instrumentos de medida y control. • Estas variables pueden ser físicas y químicas • Las variables físicas son: presión, temperatura, nivel y flujo entre las más relevantes • Las variables químicas son: oxígeno disuelto, cloro residual entre otras.
- 5. Sistemas de medida NATURALEZA DE LA VARIABLE TIPO DE VARIABLE Mecánica Desplazamiento, velocidad, aceleración, fuerza, par, presión, masa, flujo, etc. Térmica Temperatura, calor, entropía, etc. Magnética Campo magnético, flujo, permeabilidad magnética, etc. Eléctrica Carga, corriente, tensión, resistencia, conductancia, capacidad, permitividad eléctrica, polarización, frecuencia, etc. Óptica Rayos gamma, rayos X, Ultravioleta, visible, infrarrojo, microondas, etc. Química Humedad, PH, concentración iónica, análisis de gases, etc. Biológica Proteínas, hormonas, antígenos etc. Existe multitud de magnitudes físicas susceptibles de ser medidas.
- 6. MEDIDAS EN SISTEMAS FÍSICOS Instrumentación de medida: Instrumentación de control: • Son de interés los captadores o sensores • Los dispositivos más relevantes son los accionadores o actuadores señales o magnitudes de entrada SENSOR Señal eléctrica Señal eléctrica ACTUADOR señales de salida
- 8. ¿entrada? ¿Salida? ENTRADA SALIDA SENSOR ACTUADOR Instrumentación de medida: Instrumentación de control:
- 9. Naturaleza de los Datos Importancia: • La selección del equipo de captación y medida. • Definir los métodos de ensayo y control a aplicar. Nota: pueden producirse grandes errores si las especificaciones de los instrumentos o equipos de medida no se adaptan correctamente a las peculiaridades de los datos que se van a tratar.
- 10. Naturaleza de los Datos • Datos Estáticos Se caracterizan por una evolución lenta sin fluctuaciones bruscas ni discontinuidades. Un ejemplo típico podría ser la temperatura de un determinado punto en un sistema de gran inercia térmica.
- 11. Naturaleza de los Datos • Datos transitorios Por lo general, representan la respuesta de un sistema a un cambio brusco en las variables de entrada. Su análisis es importante para determinar el comportamiento dinámico del mismo.
- 12. Naturaleza de los Datos • Datos dinámicos Son de naturaleza periódica y se presentan en el funcionamiento estable y continuo de los sistemas. El registro de datos dinámicos es de especial interés en el análisis de la respuesta en régimen permanente a excitación senoidal, en el estudio de vibraciones, etc.
- 13. Naturaleza de los Datos • Datos aleatorios La característica más distintiva de este tipo de datos es que sus parámetros fundamentales están sujetos a fluctaciones imprevisibles y su análisis ha de efectuarse, en general, de acuerdo con criterios estadísticos y de probabilidad. o electroencefalograma (EEG), un electrocardiograma (ECG), datos meteorológicos, etc.). o Aparecen mezclados con las señales de interés (ruidos, interferencias, etc.). o Datos aleatorios de salida de un sistema ante una entrada asimismo aleatoria
- 14. Información analógica e información digital • La información analógica está asociada a funciones de variación continua y por lo general uniforme que pueden tomar, en principio, cualquier valor instantáneo. • La información digital se presenta ciertos niveles discretos a los que se asignan valores numéricos de acuerdo con convenios preestablecidos.
- 16. Información analógica e información digital Variables digitales conjunto finito de valores. **Sistema binario permite valores diferentes, denotados normalmente por “0”y “1”.
- 17. NOTA:
- 18. Sistemas de medida Su finalidad es obtener información acerca de un proceso fisco y presentar dicha información en la forma adecuada a un observador o a otro sistema técnico de control. Temperatura Presión Velocidad Luz Sistema de medida Visualización Almacenamiento Transmisión Control ENTRADA SALIDA
- 19. Sistemas de medida Su función es:
- 20. Sistemas de medida Funciones: PROYECTO INTEGRADOR
- 21. INSTRUMENTACIÓN – INTRODUCCIÓN En los inicios de la era industrial: • El control de las variables era manual utilizando instrumentos simples, manómetros, termómetros, válvulas manuales, etc., • La gradual complejidad de los procesos ha exigido su automatización progresiva por medio de los instrumentos de medición y control. • Que han ido liberando al operario de su función de actuación física en la planta ,cumpliendo una labor única de supervisión y de vigilancia del proceso. • Gracias a los instrumentos ha sido posible fabricar productos complejos en condiciones estables de calidad y de características, imposibles para el operador
- 22. INSTRUMENTACIÓN – DEFINICIÓN • Es el grupo de elementos que sirven para medir, convertir, transmitir, controlar o registrar variables de un proceso con el fin de optimizar los recursos utilizados en éste. • Es el conocimiento de la correcta aplicación de los equipos encaminados para apoyar al usuario en la medición, regulación, observación, transformación, ofrecer seguridad, etc., de una variable dada en un proceso productivo.
- 23. INSTRUMENTACIÓN - DEFINICIÓN Definición: es el conocimiento de la correcta aplicación de los instrumentos, dispositivos y técnicas asociadas a un proceso para la medición de cualquier tipo de magnitud física, la conversión de la misma a una magnitud eléctrica y de su tratamiento para proporcionar información adecuada. Se toman mediciones para: monitorear, registrar y controlar un proceso.
- 24. CLASIFICACIÓN DE LOS INSTRUMENTOS • Pasivos • Activos 1) SEGÚN LA ENERGÍA • Medidor Analógico • Medidor Digital 2) SEGÚN EL TIPO DE MEDIDA • Instrumentos ciegos • Instrumentos Indicadores • Instrumentos Registradores 3) SEGÚN LA FUNCIÓN DEL INSTRUMENTO • caudal, nivel presión, temperatura, densidad y peso específico, humedad 4) SEGÚN LA VARIABLE DEL PROCESO.
- 25. 1) SEGÚN LA ENERGÍA Pasivos La energía necesaria para realizar la medida la aporta el proceso físico que se desea medir. Ejemplos: termómetro de mercurio, manómetro de tubo en U, amperímetro de resorte,... Activos Utilizan una fuente de energía externa para producir la medida. Cualquier instrumento de medida requiere cierta energía para realizar la medición
- 26. 2) SEGÚN EL TIPO DE MEDIDA Analógico La medida que proporciona varía de forma continua (p.e. termómetro que puede marcar cualquier valor comprendido entre la temperatura mínima y máxima) Digital La medida que proporciona sólo puede tomar un valor entre un conjunto finito de valores (p.e. tacómetro digital que mide la velocidad de rotación de un eje contando el número de vueltas por unidad de tiempo, que sólo puede ser un número entero)
- 27. 3) SEGÚN LA FUNCIÓN DEL INSTRUMENTO Instrumentos ciegos Son los que cumplen una función reguladora en el proceso, pero no muestran nada directamente, como interruptores, termostatos, válvulas, transmisores de presión, flujo etc. que solo cumplen con su trabajo sin la necesidad de expresar los cambios graduales de la señal Indicadores Poseen una escala para expresar la equivalencia de los datos al operario, pueden ser manómetros, termómetros, amperímetros entre otros. Pueden ser analógicos o digitales.
- 28. 3) SEGÚN LA FUNCIÓN DEL INSTRUMENTO Registradores: Expresan la señal con trazos continuos a puntos y pueden ser circulares y rectangulares. Los registradores de gráfico circular suelen tener el gráfico de 1 revolución en 24 horas, mientras que en los de gráfico rectangular la velocidad normal del gráfico es de unos 20 mm/h
- 29. 4) SEGÚN LA VARIABLE DEL PROCESO. Los instrumentos se dividen en Instrumentos de caudal, nivel presión, temperatura, densidad y peso específico, humedad y punto de roció, viscosidad, posición, velocidad, pH, conductividad, frecuencia, fuerza, turbidez, etc.