2. INSTRUMENTACION
PROCESOS INDUSTRIALES
Los procesos industriales se tienen su propósito principal el de transformar
materias primas en un producto final. Durante el proceso de la producción de
estos bienes, se tienen diversos procesos, ya sea que sean reutilizados los
materiales, o se convierta energía para producir el producto final.
La instrumentación provee el significado del proceso de producción para
asegurar que los productos sean elaborados apropiadamente.
Aunque hay varios procesos industriales y ninguno es idéntico es importante
saber que los principios que aplica en los procesos son semejantes en sus
principios.
Un proceso puede ser descrito como la secuencia de cambios en una
sustancia. La secuencia de cambios puede ocurrir en el aspecto químico, físico
o ambos en la composición de una sustancia incluyendo parámetros como el
flujo, nivel, presión, temperatura densidad volumen, acidez y gravedad
específica, así como muchos otros, También muchos procesos requieren de
transferencia de energía. La mezcla de fluidos, el calentamiento o el
enfriamiento de substancias, el bombeo de agua de un lugar a otro, el enlatado
de comida, la destilación de gasolina, el pasteurizado de la leche, y convertir la
luz solar en energía eléctrica todos pueden ser descritos como procesos.
Cuando una sustancia es calentada, su temperatura y su composición puede
cambiar. Cuando la luz solar es convertida en electricidad, pueden ocurrir
cambios físicos como químicos.
Control manual
En el control manual, el operario suministra todas las actividades de control.
Un sistema sencillo de control manual es el control de nivel de un tanque,
variable o condición que se tiene que controlar, frecuentemente se le conoce
como variable controlada. Los principales elementos de este sistema son: un
tanque, una fuente de agua para el tanque, una válvula de suministro que se
puede abrir o cerrar para regular la cantidad de agua que va al tanque, un flujo
de agua fuera del tanque, y un operario. En este ejemplo, el operario observa
continuamente el nivel de agua en el tanque. El sabe a qué nivel de agua se
debe encontrar el agua para que el proceso funcione como es debido. Si
cambia el nivel, el operario debe accionar la Válvula manualmente para
regresar el nivel de agua a su nivel debido.
Uno de las dificultades presentadas por el control manual es su falta de
exactitud. El operario debe calcular que tanto debe hacer girar la Válvula para
regresar el agua a su debido nivel. Otra dificultad es que algunos procesos no
son observables fácilmente. Así mismo, debido a que hay muchos procesos

3. que controlar en una planta, no es práctico contar con un operario que controle
cada uno de los procesos.
PROCESOS automatizados
Automatización; del griego antiguo: guiado por uno mismo) es el uso de
sistemas o elementos computarizados para controlar maquinarias y/o procesos
industriales substituyendo a operadores humanos. El alcance va más allá que
la simple mecanización de los procesos ya que ésta provee a operadores
humanos mecanismos para asistirlos en los esfuerzos físicos del trabajo, la
automatización reduce ampliamente la necesidad sensorial y mental del
humano. La automatización como una disciplina de la ingeniería es más amplia
que un mero sistema de control, abarca la instrumentación industrial, que
incluye los sensores y transmisores de campo, los sistemas de control y
supervisión, los sistema de transmisión y recolección de datos y las
aplicaciones de software en tiempo real para supervisar y controlar las
operaciones de plantas o procesos industriales.

4. Control electrónico
El control electrónico es realizado por un elemento llamado controlador de
procesos, que normalmente se le conoce como Controlador Lógico
Programable o PLC (Programmable Logic Controller en sus siglas en ingles)
son dispositivos electrónicos muy usados en Automatización Industrial.
Su historia se remonta a finales de la década de 1960, cuando la industria
buscó en las nuevas tecnologías electrónicas una solución más eficiente para
reemplazar los sistemas de control basados en circuitos eléctricos con relés,
interruptores y otros componentes comúnmente utilizados para el control de los
sistemas de lógica combinacional.
Hoy en día, los PLC no sólo controlan la lógica de funcionamiento de
máquinas, plantas y procesos industriales, sino que también pueden realizar
operaciones aritméticas, manejar señales analógicas para realizar estrategias
de control, tales como controladores proporcional integral derivativo (PID).
Los PLC actuales pueden comunicarse con otros controladores y
computadoras en redes de área local, y son una parte fundamental de los
modernos sistemas de control distribuido.
Existen varios lenguajes de programación, tradicionalmente los más utilizados
son el diagrama de escalera LADDER, lista de instrucciones y programación
por estados, aunque se han incorporado lenguajes más intuitivos que permiten
implementar algoritmos complejos mediante simples diagramas de flujo más
fáciles de interpretar y mantener.
En la programación se pueden incluir diferentes tipos de operandos, desde los
más simples como lógica booleana, contadores, temporizadores, contactos,
bobinas y operadores matemáticos, hasta operaciones más complejas como
manejo de tablas (recetas), apuntadores, algoritmos PID y funciones de
comunicación mutiprotocolos que le permitirían interconectarse con otros
dispositivos.
Modos de control
Un controlador automático compara el valor real de la salida de un proceso con
la entrada de referencia (valor deseado), determina el error, y produce una
señal de control que reducirá el error a cero, o a un valor muy pequeño. la
forma como el controlador automático produce la señal de control, se denomina
acción de control o tipo de control y existen diversos tipos, comenzando por las
modalidades básicas, hasta llegar a los controles más avanzados e
inteligentes, originalmente concebidos para procesos complejos (por ejemplo,
refinerías).

5. Control electrónico – variables
Durante todos los procesos, ciertas condiciones están también sujetas a
cambio, tales como la temperatura, presión, nivel y flujo. Estas condiciones
físicas mutables se les conocen con el nombre de variables del proceso.
Control electrónico - variables_nivel
El nivel del líquido es la posición de su superficie por debajo o encima de un
punto fijo de referencia, o línea dato. La línea dato es un punto cero al que se
refiere una medida. El punto cero en la medición del nivel es simplemente el
punto de arranque para realizar la medición. Eso no quiere decir que no halla
líquido en el recipiente.
para conocer los principios de medición de nivel puedes dar click en el
siguiente link
http://www.schillig.com.ar/principios_medicion_nivel_fr.htm

6. Control electrónico - variables_flujo
Se puede definir como la cantidad de fluido que pasa por determinado
elemento en la unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo
volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo.
Menos frecuentemente se identifica con el flujo másico o masa que pasa por
un área dada en la unidad de tiempo.
El cálculo del caudal de agua en una tubería viene expresado por la
ecuación de continuidad:
en la que:
Q es el caudal (m³/s)
V es la velocidad (m/s)
S es la sección de la tubería (m²)
para conocer los dispositivos para la medición de caudal puedes dar click en el
siguiente link
http://tarwi.lamolina.edu.pe/~dsa/Medidores.htm
Control electrónico - variables_PRESion
La presión puede definirse como una fuerza por unidad de área o superficie, en
donde para la mayoría de los casos se mide directamente por su equilibrio
directamente con otra fuerza, conocidas que puede ser la de una columna
liquida un resorte, un embolo cargado con un peso o un diafragma cargado con
un resorte o cualquier otro elemento que puede sufrir una deformación
cualitativa cuando se le aplica la presión.
El control de la presión en los procesos industriales da condiciones de
operación seguras. Cualquier recipiente o tubería posee cierta presión máxima
de operación y de seguridad variando este, de acuerdo con el material y la
construcción. Las presiones excesivas no solo pueden provocar la destrucción
del equipo, si no también puede provocar la destrucción del equipo adyacente y
ponen al personal en situaciones peligrosas, particularmente cuando están
implícitas, fluidos inflamables o corrosivos. Para tales aplicaciones, las lecturas
absolutas de gran precisión con frecuencia son tan importantes como lo es la
seguridad extrema.
Por otro lado, la presión puede llegar a tener efectos directos o indirectos en el
valor de las variables del proceso (como la composición de una mezcla en el
proceso de destilación). En tales casos, su valor absoluto medio o controlado
con precisión de gran importancia ya que afectaría la pureza de los productos
poniéndolos fuera de especificación.

7. Clases de presión:
Presión absoluta: es la que se mide a partir de la presión cero de un
vacío absoluto.
Presión atmosférica: (barométrica) es la que ejerce la atmosfera sobre
todos los objetos.
Presión relativa: (manométrica) es la presión mayor a la atmosférica.
Instrumentos para medir la presión:
Manómetro: nombre genérico de los instrumentos que miden presión,
Vacuómetro: instrumento que mide presión por debajo de la presión
atmosférica, medir presiones negativas o vacíos.
Barómetro: instrumento que mide la presión atmosférica.
para conocer más puedes dar click en el siguiente link
http://newton.cnice.mecd.es/4eso/presion/index.html
Control electrónico - variables_temperatura
El concepto de temperatura se deriva de la idea de medir el calor o frialdad
relativos y de la observación de que el suministro de calor a un cuerpo conlleva
un aumento de su temperatura mientras no se produzca la fusión o ebullición.
En el caso de dos cuerpos con temperaturas diferentes, el calor fluye del más
caliente al más frío hasta que sus temperaturas sean idénticas y se alcance el
equilibrio térmico (véase Transferencia de calor). Por tanto, los términos de
temperatura y calor, aunque relacionados entre sí, se refieren a conceptos
diferentes: la temperatura es una propiedad de un cuerpo y el calor es un flujo
de energía entre dos cuerpos a diferentes temperaturas.
Hay tres escalas comúnmente usadas actualmente para medir la temperatura:
la escala Fahrenheit (°F), la escala Celsius (°C), y la escala Kelvin (K). Aunque
parezca confuso, cada una de las tres escalas de temperatura discutidas nos
permite medir la energía del calor de una manera ligeramente diferente. Una
medida de la temperatura en cualquiera de estas escalas puede ser fácilmente
convertida a otra escala usando esta simple fórmula.

8. INTRUMENTOS DE MEDICIÓN
Se han dividido los elementos primarios de medición de temperatura en 3 tipos:
TERMOMETROS.- Transductores que convierten la temperatura en
movimiento.
SISTEMAS TERMALES.- Transductores que convierten la temperatura en
presión (y después en movimiento).
TERMOELECTRICOS.- Transductores que convierten la temperatura en
energía eléctrica (y mediante un circuito en movimiento).
Termómetros
a. De Alcohol
b. De Mercurio
c. Bimetálico
Elementos Primarios de medición de temperatura Sistemas Termales
a. Liquido (Clase I)
b. Vapor (Clase II)
c. Gas (Clase III)
d. Mercurio (Clase IV)
Termoeléctricos
a. Termopar
b. Resistencia
c. Radiación
d. Óptico
Control electrónico - variables_otras
Otras variables de proceso que no son tan comunes como las mencionadas
anteriormente, pero que a la vez son usadas en los procesos industriales se
clasifican en:
Variables Químicas: Ph, viscosidad, Humedad Relativa, Potencial Oxido -
Reducción y Conductividad
Variables Derivadas: Velocidad, Aceleración y Densidad
para aprender más sobre estas variables puedes dar click en los siguientes
links:

9. http://es.wikipedia.org/wiki/PH
http://es.wikipedia.org/wiki/Viscosidad
http://es.wikipedia.org/wiki/Humedad
http://www.textoscientificos.com/quimica/inorganica/redox
http://es.wikipedia.org/wiki/Conductividad_el%C3%A9ctrica
http://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad
http://es.wikipedia.org/wiki/Densidad_(f%C3%ADsica)
Acciones básicas
Las acciones del controlador generalmente se denominan modalidades de
control. Las cinco modalidades básicas del control son:
1. On-Off
2. Proporcional
3. Derivativo
4. Integral
5. Proporcional + Integral + Derivativo
control_on-off
El control de dos posiciones es el modo más elemental de control. se puede
definir como la acción controladora (en la forma de una señal de salida de un
controlador) que hace mover un elemento de control final de un extremo al otro,
normalmente de encendido on a apagado off, de apagado off a encendido on,
de abierto a cerrado, o de cerrado a abierto.
Un buen ejemplo de un controlador de dos posiciones es un termostato casero
común, que controla la temperatura de un cuarto encendiendo o apagando un
sistema de calefacción. Si la temperatura del cuarto cae debajo de cierto límite,
el termostato percibe el cambio y enciende el sistema de calefacción. Cuando
la temperatura del cuarto ha regresado al estado deseado, el termostato lo
percibe y apaga el sistema de calefacción. Este tipo de acción controladora es
de dos posiciones: el sistema de calefacción, o está apagado, o está
encendido.
El control de dos posiciones se emplea en la industria para apagar o encender
componentes (tal como una bomba de sumidero). las bombas de sumidero

10. generalmente se usan para mantener el nivel de un pozo, o sumidero, dentro
de ciertos límites, extrayendo agua cuando el nivel sube demasiado. Al subir el
nivel del agua, también sube un flotador conectado a una varilla que sobresale
del sumidero. Cuando sube el flotador, la varilla es empujada hacia arriba y un
collar en ella sube el brazo actuador de un interruptor. este brazo abre o cierra
los contactos del interruptor el cual activa un circuito eléctrico que arranca el
motor de la bomba. cuando la bomba ha extraído suficiente agua hasta bajar el
nivel al mínimo necesario para succión, otro collar en la varilla del flotador baja
el brazo actuador del interruptor, abriendo los contactos, lo cual desactiva el
circuito eléctrico y apaga el motor de la bomba.
En el siguiente grafico está ilustrado el ejemplo anterior.
Control proporcional
El control proporcional es el control cuyas características de la señal de salida
son proporcionales a las características de la señal de entrada. Es decir que si
aumenta en una cierta cantidad la entrada de un controlador proporcional,
aumentará la salida del controlador en cierta cantidad; si disminuye la entrada
en una cierta cantidad, disminuirá la salida en cierta cantidad. En otras
palabras, en el control proporcional, la señal de salida es proporcional a la
señal e entrada. La imagen ilustra un sistema simple de control automático que
puede usarse para ayudar a explicar el concepto de control proporcional.
En este ejemplo, cuando cambia el nivel de agua en el tanque, el elemento
primario (1) transforma el cambio en movimiento mecánico. El movimiento es
medido por el elemento medidor (2) y transformado en una señal eléctrica. Esta
señal eléctrica es enviada al elemento controlador (3), el cual mide la señal, la
compara con el punto de referencia donde se desea mantener el nivel de agua.
Calcula la diferencia y produce una señal correctiva que es trasmitida al
elemento de control final (4). El elemento de control final reacciona a la señal
que procede del elemento controlador, ajustando el flujo de agua que va al
tanque.

11. Derivativo
El control derivativo es la parte de la salida del controlador que responde a la
derivada de la desviación del punto de referencia. Si la variable de un proceso
cambia rápidamente, el controlador derivativo responderá con una mayor
cantidad de acción controladora. Si el cambio es lento, hay menor acción
controladora. Si no hay cambio, no hay ninguna acción controladora.
Como en el caso del control integral, el control derivativo no existe
independientemente: siempre esta combinado con el control proporcional. Al
añadirle el control derivativo al controlador proporcional, cuando cambia la
entrada del controlador, el controlador mide la velocidad del cambio y produce
un refuerzo instantáneo de la señal de salida proporcional. En efecto, esta
modalidad de controles opone a los cambios en la entrada (la variable del
proceso) y trata de parar los cambios tan pronto como son detectados. Cuando
la entrada deja de cambiar, cesa la parte derivada de la acción controladora,
quedando solamente la parte proporcional de la salida.

12. control_integral
El control integral es la parte de la salida del controlador que responde a la
cantidad de desviación con relación al punto de referencia (donde se desea
mantener la variable de proceso), durante el tiempo que dure la desviación. En
término más simples, mientras la variable del proceso esté fuera del punto de
referencia o set point, en controlador integral continuamente ajustará su salida,
según la cantidad de desviación que haya entre la variable del proceso y el
punto de referencia.
El control integral no existe por sí mismo: siempre está combinado con el
control proporcional. En el caso del control proporcional, cuando cambia la
entrada del controlador, también cambia su salida proporcionalmente. En otras
palabras, si aumenta la entrada de un controlador proporcional en una cantidad
determinada, la salida del controlador aumentará en una cantidad determinada.
Cuando deja de cambiar la entrada, también deja de cambiar la salida,
produciendo muchas veces un desajuste cuando se le añade la acción integral
al control proporcional, el controlador sigue ajustando su salida hasta que la
variable del proceso regrese a su punto de referencia. En realidad, el control
integral es el control proporcional + integral; añade una acción correctiva a la
acción proporcional.

13. CONTROL PROPORCIONAL + INTEGRAL + DERIVATIVO
El control proporcional + integral + derivativo es la salida del controlador que
combina una respuesta proporcional con la acción precisa de respuesta del
control integral y la rápida acción de respuesta del control proporcional. este
tipo de salida del controlador suministra una rápida acción controladora que
elimina el desajuste.
Al control proporcional + integral + derivativo muchas veces se le llama control
PID: P por proporcional, I por integral y D por derivado.
La parte de reposición del controlador PID continuamente ajusta la salida
mientras haya desajuste y hasta que la variable del proceso regrese a su punto
de referencia.