Términos asociados a los sensores

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Términos de sensores

Un sensor es un dispositivo para detectar y señalar una condición de cambio (presencia o ausencia de un objeto o material). También detecta una cantidad capaz de medirse, como un cambio de distancia, tamaño o color.

Cálculo de Sn (Distancia máxima de conmutación)

Al utilizar un sensor, se debe calcular una distancia de detección nominal y una distancia de detección efectiva.

Distancia nominal de detección

Corresponde a la distancia de operación para la que se ha diseñado un sensor, la cual se obtiene mediante criterios estandarizados en condiciones normales.

Distancia efectiva de detección

Corresponde a la distancia de detección inicial (o de fábrica) del sensor que se logra al ser instalado. Esta distancia se encuentra más o menos entre la distancia de detección nominal, que es la ideal, y la peor distancia de detección posible.

Distancia entre un sensor inductivo y el objeto.

Existen más términos a tomar en cuenta para el cálculo de la distancia nominal en los sensores los cuales son: Histéresis, Repetibilidad, Frecuencia de conmutación y Tiempo de respuesta. En la segunda parte veremos estos términos (ver artículo).

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Más términos asociados a los sensores

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Términos de sensores (continuación)

Como ya sabemos hay términos importantes para la elección de un sensor: Cálculo de Sn, Distancia nominal de detección y Distancia efectiva de detección. Te invitamos que o leas antes de leer este artículo (ver primera parte).

Los sensores posibilitan la comunicación entre el mundo físico y los sistemas de medición y/o de control, tanto eléctricos como electrónicos, utilizándose extensivamente en todo tipo de procesos industriales y no industriales para propósitos de monitoreo, medición, control y procesamiento.

Existen otros términos asociados al cálculo de la distancia nominal en los sensores los cuales son:

Histéresis

Es la diferencia entre los puntos de operación (conectado) y liberación (desconectado) cuando el objeto se aleja de la cara del sensor y se expresa como un porcentaje de la distancia de detección.

Sin una histéresis suficiente, el sensor de proximidad se conecta y desconecta continuamente al aplicar una vibración excesiva al objeto o al sensor, aunque se puede ajustar mediante circuitos adicionales.

Histéresis del sensor.

Repetibilidad

Es la capacidad de un sensor de detectar el mismo objeto a la misma distancia de detección nominal y se basa en una temperatura ambiental y voltaje eléctrico.

Repetibilidad del sensor.

Frecuencia de conmutación

Corresponde a la cantidad de conmutaciones por segundo que se pueden alcanzar en Condiciones normales. En términos más generales, es la velocidad relativa del sensor.

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CÓMO SELECCIONAR EL SENSOR MÁS ADECUADO

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Criterios de selección de sensores

La selección de un sensor puede ser muy sencillo y a veces difícil. Esto se debe al uso que le tenemos destinado, ya sea uso científico o para ingeniería. El objetivo de la elección es contar con sensores que midan con exactitud y con incertidumbre aceptables.

Al elegir un sensor debemos de tomar en cuenta los siguientes criterios:

• Alcance de medición
• Exactitud del producto
• Condiciones bajo la cual la medición debe ser realizada.
• Ventajas y desventajas del sensor.

Exactitud

La exactitud de la medición debe ser tan alta como fuese posible, sin errores. Debemos buscar uno que nos ofrezca la diferencia entre el valor real y el valor medido sea cero.

Precisión

La precisión de la medición debe ser tan alta como fuese posible, en pocas palabras, la pequeña variación en la medición debe ser mínima.

Rango de funcionamiento

El sensor debe tener un amplio rango de funcionamiento y debe ser exacto y preciso en todo el rango.

Velocidad de respuesta

Debe ser capaz de responder a los cambios de la variable detectada en un tiempo mínimo (instantánea).

Calibración

Debe ser fácil de calibrar con procedimientos y en tiempo mínimo. La pérdida gradual de exactitud del sensor que se produce con el tiempo, y por ello debemos calibrarlo, pero debe ser a largo plazo, no debe ser frecuente.

Calibrador de presión neumática portátil.

Fiabilidad

Debe tener una alta fiabilidad. No debe estar sujeto a fallos frecuentes durante el funcionamiento.

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¿Qué son los polos y ceros?

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#JuevesdeSistdecontrol

Interpretación del diagrama de polos y ceros

Seguro para los que llevan Sistemas de control, habrás visto los gráficos que verás en este artículo, o habrás escuchado los términos de polos y ceros. Acá explicaremos de la forma más didáctica estos conceptos.

Polos

Los polos es la expresión que conforman el denominador cuando este tiende a cero.

Ceros

Los polos es la expresión que conforman el numerador. cuando este tiende a cero.

De la función de transferencia:
s+4: cero
s3+6s2+17s+13: polo

Ejemplo 1:
Calcular los ceros y polos y representarlo en un diagrama.

Ejemplo 2:
Calcular los ceros y polos y representarlo en un diagrama.

Ejemplo 3:
A partir del diagrama de polos y ceros, calcular la función de transferencia.

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SIMBOLOGÍA QUE SE USA EN LA INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL

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Normas ISA

Establecidas por la Instrument Society of America, actualiza permanentemente las normas usadas en la instrumentación empleada en todo proceso. Trabajan con una nomenclatura representada por un código de letras para nombrar los instrumentos, y los símbolos para representarlos.

Siguen la siguiente forma de nomenclatura:

• Todas las letras son mayúsculas.
• No más de 4 letras son utilizadas.
• Identificación del instrumento más su identificación funcional.
• La identificación de los símbolos y elementos debe ser alfa numérica, los números representan la ubicación y establecen el lazo de identidad, y la codificación alfabética identifica al instrumento y a las acciones a realizar.

Ubicación de las letras. Tomado de Mendoza (2014).
Simbología en señales.
Letras de identificación de Instrumentos. Tomado de Mendoza (2014).
Comparación con la Simbología SAMA
Combinaciones posibles de letras para identificación de instrumento. Tomado de Mendoza (2014).
Líneas y símbolos generales. Tomado de Mendoza (2014).
Símbolos de válvulas de control. Tomado de Mendoza (2014).
Símbolos para actuadores. Tomado de Mendoza (2014).

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INTERRUPTORES INDUSTRIALES

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Interruptores industriales

En estos últimos años los interruptores desempeñan un papel predominante para el funcionamiento seguro de una red eléctrica, ya sea residencial o industrial. Incluso son necesarios en los generadores de electricidad, donde se conecta y desconecta toda la potencia de una central eléctrica (gigawatts), en líneas de transmisión, en subestaciones, (tensiones superiores a 1.500 kV) y en las redes de distribución.

Hablaremos de los más esenciales que siempre veremos en toda instalación industrial.

Interruptor termomagnético (ITM)

Es un dispositivo capaz de interrumpir la corriente eléctrica de un circuito cuando ésta sobrepasa ciertos valores máximos. Protegen la instalación contra sobrecargas y cortocircuitos.

Interruptor termomagnético 3P Bticino.

Cortocircuito: Está destinada a la protección frente a los cortocircuitos, los cortocircuitos son aumentos de intensidades provocadas por contacto directo accidental entre fase y neutro. Cuando la intensidad que circula por la carga sobrepasa el límite de intervención fijado, el ITM se abre.

Sobrecarga: Protegen de corrientes que son superiores a las permitidas por la instalación. Esta situación es típica de una sobrecarga, donde el consumo va aumentando conforme se van conectando aparatos.

Interruptor diferencial (ID)

Es un dispositivo de protección que se instala en las instalaciones eléctricas de corriente alterna con el fin de proteger a las personas de accidentes provocados por el contacto directo con la instalación eléctrica o con elementos en contacto con partes activas de la instalación.

Interruptor diferencial 4P Hager.

El diferencial desconectará el circuito cuando se produce un contacto de un cable u elemento activo a la carcasa de una máquina con una persona no aislada, la corriente recorrerá su cuerpo hacia tierra provocando una diferencia y superando la sensibilidad del diferencial, éste se disparará protegiendo a la persona y evitando así su electrocución.

Interruptor de control de potencia (ICP)

Es un interruptor termomagnético instalado después del contador eléctrico, al inicio de la instalación eléctrica en cada sede, ya fuese residencial, comercial o industrial, tiene como objetivo que la instalación eléctrica no superase la potencia contratada, además de proteger el dimensionamiento de la red eléctrica de distribución local.

Interruptor de control de potencia ICP-M 4P 20 A.

Su función era controlar la potencia consumida por el cliente en cada momento, de tal forma que si la potencia eléctrica contratada para ese suministro es superada, el ICP salta cortando el suministro eléctrico de manera momentánea, por lo que era necesario rearmarlo para reanudar el servicio.

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CÓMO INTERPRETAR UN PLANO DE AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

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Simbología SAMA

La simbología SAMA (Scientific Apparatus Makers Association) son utilizados para documentar estrategias complejas de control para representar diferentes funciones. En procesos industriales donde la simbología binaria es extremadamente útil.

Con ello podemos establecer un medio uniforme de designación los instrumentos y los sistemas de la instrumentación usados para la medición y control. Al poseer una estandarización en la instrumentación válida para las diversas especialidades que trabajan durante el proceso tales como la industria eléctrica, químicas, petrolera, refinerías, climatización, refrigeración, etc.

Se espera que la norma sea lo suficientemente flexible como para abarcar áreas muy especializadas

¿En dónde empleamos la simbología SAMA?

• Diagramas en sistemas de instrumentación, diagramas lógicos, diagramas de lazos en procesos.
• Diagramas de flujo en procesos, sistemas, elementos mecánicos, tuberías de procesos e instrumentación.
• Dibujos de construcción.
• Identificación (etiquetado o marcas) de instrumentos y funciones de control.
• Instrucciones de mantención, operación, instalación, dibujos informes.

El estándar pretende dar la suficiente información, que cualquiera pueda revisar documento de representación, de medición y control de procesos y entender el significado del control del proceso sin tener el conocimiento detallado de un especialista en instrumentación, como requisito para su comprensión.

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Interpretando un sistema de control

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Transformada de Laplace

Seguro tienes un perro en casa o por lo menos has visto uno, y así lo llamamos: PERRO, sin embargo la Biología tiene un nombre científico para esta especie: Canis lupus familiaris. Ya sea perro o canis lupus familiaris, ambos se refieren al mismo ser, solo que perro es un término común y canis lupus familiaris es un término científico.

¿Por qué digo esto? Es que algo así es la Transformada de Laplace. “Llama” de otra forma al tiempo, con otro lenguaje pero al final sigue siendo lo mismo (solo transforma de un dominio a otro, de ahí viene su nombre).

Con mucho más claridad te quiero hablar sobre esta transformada muy usada en los Sistemas de control.

¿Qué es la Transformada de Laplace?

La transformada de Laplace convierte una función g(t) del dominio tiempo, para tiempos mayores o iguales a cero, en una función G(s) propia del dominio s mediante la integral impropia:

Si la integral existe, se dice que G(s) es la transformada de Laplace de la función g(t).

El factor s es un número complejo: s = s + jw, por lo cual toda función G(s) puede representarse en el plano cartesiano s.

Si un sistema g(t) es lineal, su función G(s), denominada función de transferencia, tendrá la forma:

Así simple y sencillo. Pero no necesitamos tantas fórmulas matemáticas. Basta con saber esta tabla para poder entender los Sistemas de control.

Tabla con diagramas de polos y ceros de funciones.

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Sistemas de control de flujo

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#EspecialdeSistdecontrol

Variables de procesos industriales (continuación)

Cuando se trabaja con un fluido, existe la necesidad de realizar un conteo de la cantidad que se transporta por un determinado punto, dentro de un período específico de tiempo, para lo cual se utiliza medidores de flujo.

La medición de flujo es uno de los más importantes aspectos cuando se requiere un óptimo control de un proceso dinámico. Determinar volúmenes en unidad de tiempo y volúmenes totales permite a un sistema de control regular con alta precisión, las cantidades de sustancias que van a conformar un producto; además aumentar la eficiencia de producción.

Variable de control: Flujo o caudal

Caudal

El caudal es la cantidad de fluido (volumen del fluido) que circula a través de una sección (área) del ducto, tales como tubería, cañería, oleoducto; por unidad de tiempo.

En el caso de que el flujo sea normal a la superficie o sección A, el caudal sería la multiplicación entre la velocidad promedio del fluido y el área de la sección.

Esquema del flujo.

Sistema de control de nivel

Esquema de un sistema de control.
Sistema de control de flujo.

Está conformado por un tanque primario, del cual se toma el agua que es llevada a la turbina, un tanque para aguas turbinadas donde se reduce la turbulencia del agua y se lleva nuevamente al tanque primario. También hace parte de este sistema, la tubería de presión sobre la cual encontramos las siguientes válvulas: válvula esférica (V2) con su respectivo By-pass (V3), válvula de alivio (V4) y la válvula reguladora de caudal (V1). Las dimensiones de los tanques de almacenamiento y de las tuberías utilizadas se presentan en las tablas I y II respectivamente.

La energía potencial del agua proporciona un caudal al final de una caída de determinada altura, esta energía es aprovechada por el grupo Turbina-Generador para ser transformada en energía mecánica y posteriormente en energía eléctrica. Se utiliza una bomba de alta eficiencia y un motor que mueve dicha bomba, con esto se reemplaza la energía potencial del agua para proporcionar el caudal adecuado para la operación de la planta.

Para la generación de electricidad se usa una turbina Francis, una turbina Pelton y una bomba reversible que puede operar como turbina, adicionalmente se cuenta con un sistema mecánico el cual se acopla con un generador sincrónico o motor asíncrono de inducción trifásico trabajando en régimen de generador.

Suministro, instalación y puesta en operación de medidores de flujo tipo ultrasónico para los sistemas de medición de aceite de la GTDH región sur.
Cortesía: Sice.com

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CONTROL INDUSTRIAL: PRESION

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#EspecialdeSistdecontrol

Variables de procesos industriales (continuación)

Dentro de los procesos industriales la medición y el control de nivel se hace necesario cuando se pretende tener una producción continua: cuando se desea mantener una presión hidrostática, cuando un proceso requiere de control y medición de volúmenes de líquidos o bien en el caso más simple, para evitar que un líquido se derrame.

Los niveles se pueden medir y mantener mediante dispositivos mecánicos de caída de presión, eléctricos y electrónicos.

Variable de control: Nivel

Nivel

La medición de nivel se define como la determinación de la posición de un fluido con respecto a una referencia. Aunque son usualmente fluidos, también pueden existir sólidos o combinación de ellos.

Regulador de caudal.
Cortesía: Wikipedia.org

Posee un nivel máximo que  tienen la doble función de garantizar la seguridad de las estructuras y de evitar el desperdicio del fluido, y un nivel mínimo que tiene la función de garantizar el buen funcionamiento del sistema evitando la entrada de aire en la tubería que se encuentra aguas abajo del tanque.

Sistema de control de nivel

Sistema de control de nivel.

Se automatizarán los reservorios de San diego que se encuentran a 14 Km. de la bocatoma perteneciente a la Central hidroeléctrica del Cañón del Pato. Se controlará la captación y la descarga de agua de los reservorios durante la época de estiaje del río Santa en Perú, con la finalidad de abastecer a la central durante las horas de alta demanda.

Los reservorios son utilizados durante  la época de estiaje para poder mantener  la capacidad de generación de la central, los elementos a controlar son las compuertas  de captación  y la compuerta de regulación de descarga por medio de un PLC.

Cuando controlamos el nivel de agua en los reservorios, el valor se utiliza para determinar  la apertura o cierre de las compuertas, y calcular el volumen de agua para abrir la compuerta de regulación, de lazo cerrado pues el nivel del reservorio es monitoreado y es comparado con el valor de referencia para luego pasar al sistema  de control.

Esquema del sistema de control.

Señal de entrada: En nuestro caso el nivel de agua establecido, medido por los sensores de nivel, tenemos para el valor de 2000 m.s.n.m. como el mínimo y 2006.25 m.s.n.m. máximo. Con una tolerancia de sobrecarga de 0.8 metros.
Señal de error: la diferencia entre el nivel establecido y el medido en el tanque.
Controlador: conformado en este caso por un PLC que se encarga de controlar las compuertas de apertura cierre.
Actuador: UPH, unidad hidráulica de poder (motor y bomba) correspondiente para cada una de las compuertas.
Sistema o planta: los dos reservorios de San Diego.
Sistema de medición: Consiste en varios sensores ultrasónicos de nivel Milltronics, Modelo XPS-30 y transmisor modelo AirRanger DPL de la misma marca, que lee dos sensores simultáneamente.
Perturbaciones: Cambios repentinos del caudal del rio, régimen mucho más bajo o alto del esperado, etc.
Señal de salida: Nivel de agua para la apertura y cierre de compuertas de descarga.

Sensor ultrasónico.

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