Buildability and Constructability concepts during the design

De acuerdo con la función del instrumento, se tienen los tipos de instrumentos siguientes:

• Instrumentos ciegos: son aquellos que no tienen indicación visible de la variable. Baste señalar que son ciegos los instrumentos de alarma tales como presostatos (relés de presión), termostatos (relés de temperatura) y detectores de nivel. Todos ellos poseen una escala exterior con un índice de selección de la variable. Cuando la variable medida sobrepasa el valor seleccionado, el instrumento de alarma produce la activación o disparo del relé de salida, interruptor o conmutador que disponga. En la figura 4.3 se muestra como ejemplo un detector de nivel. Son también instrumentos ciegos los transmisores de caudal, presión y temperatura que no dispongan indicación externa de la variable medida.

Transductor Visualizador señal adaptada señal de la magnitud física señal eléctrica señal acondicionada Acondicionador de señal Sensor

Figura 4.1 : Estructura general de una cadena medida o adquisición.

R A E I = E / R Sensor + Transductor Acondicionador de señal Visualizador T(ºC) Magnitud física a medir Señal acondicionada

• Instrumentos indicadores: disponen de un elemento indicador (aguja o índice) y de una escala graduada en la que puede leerse el valor de la variable. Existen también indicadores digitales que muestran la variable en forma numérica (figura 4.4).

• Instrumentos registradores: son instrumentos que registran constantemente, con trazo continuo o a puntos, la variable medida sobre un papel reticulado. El sistema de trazado se puede realizar sobre un rollo de papel continuo o sobre un disco de cartón, con lo que se obtendrían sendos gráficos rectangular y circular (figura 4.5). 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/hora.

A1 12 14 11 A2 + - sondas depósito de líquido detector de nivel nivel máximo nivel mínimo sonda común

esquema eléctrico del detector de nivel

relé de salida

detección de nivel

Figura 4.3 : El detector de nivel de esta figura es un ejemplo de instrumento ciego. La actuación del relé de salida está

supeditada a la detección del nivel mínimo del depósito, mientras que su regreso al estado de reposo está determinado por la detección del nivel máximo. Este instrumento no muestra la lectura del nivel detectado en ningún momento.

Figura 4.4 : Paneles frontales de instrumentos indicadores.

Además, existen instrumentos que permiten registrar la variable medida sobre un soporte informático. Estos aparatos disponen de puerto de comunicaciones, habitualmente puerto serie de interfaz RS-232, para conectar a un ordenador (figura 4.6). Este sistema, junto con un software adecuado, permite realizar un registro histórico mucho más completo que con un registrador sobre papel.

• Elementos primarios (sensores): están en contacto con la variable a medir y absorben energía del medio controlado para dar al sistema de medición una indicación de los cambios que sufre la variable controlada. El efecto producido por el elemento primario puede ser un cambio de presión, fuerza, posi- ción, medida eléctrica, etc. En los elementos primarios de temperatura constituidos por bulbo y capilar, por ejemplo, el efecto que se obtiene es la variación de presión del fluido que los llena, mientras que en los que están constituidos por termopar se logra una variación de fuerza electromotriz. En la figura 4.7 se muestra un venturímetro o tubo Venturi, el cual relaciona la velocidad o caudal de un fluido por una tubería (señal de entrada) con una diferencia de presiones (señal de salida) obtenida en dos puntos de distinta sección del venturímetro.

• Transmisores: captan la variable de proceso a través del elemento primario y la transmiten a distancia en forma de señal neumática (de 0,206 a 1,033 bar de margen) o eléctrica (de 4 a 20 mA de corriente continua). La señal eléctrica digital, utilizada en algunos transmisores inteligentes, es apta para ser recibida directamente por un ordenador.

El elemento primario puede formar o no parte integral del transmisor. Un transmisor de temperatura de bulbo y capilar sería un ejemplo de elemento primario y transmisor integrados. Un equipo de transmisión de datos para el control remoto de un interruptor de alta tensión (transmisor) y su correspondiente transformador de medida de intensidad (elemento primario) son un ejemplo de clara distinción entre el elemento transmisor y el elemento primario (figura 4.8).

• Transductores: toman la señal, de una forma de energía determinada, proveniente de la causa física que se desea medir, para transformarla en una señal de otra naturaleza de energía más adecuada a los propósitos del proceso de control o sistema de medida. Esta señal, ya traducida, suele ser de naturaleza eléctrica. Son transductores, un relé, un elemento primario, un transmisor, un convertidor PP/I (presión de proceso a intensidad), etc.

• Convertidores: son aparatos que reciben una señal de entrada neumática (0,206 - 1,033 bar) o eléctrica (4 - 20 mA c.c.) procedente de un instrumento para, después de modificarla, enviar la resultante en forma

registrador con conexión para ordenador

A

V

w

Figura 4.6 : Instrumento registrador con puerto RS-232 para conexión a ordenador.

de señal de salida estándar. Ejemplo: un convertidor P/I (señal de entrada neumática a señal de salida eléctrica, un convertidor I/P (señal de entrada eléctrica a señal de salida neumática).

Conviene señalar que, a veces, se confunde convertidor con transductor. Este último término es general y no debe aplicarse a un aparato que convierta una señal que provenga de un instrumento de medida.

• Receptores: son los que reciben las señales procedentes de los transmisores y las indican o registran. Los receptores-controladores envían otra señal de salida normalizada, neumática o eléctrica, que actúa sobre el elemento final de control.

• Controladores: ejercen una acción correctiva de acuerdo con la desviación producida entre la variable controlada (presión, nivel, temperatura) y la variable de referencia. La variable controlada la pueden recibir directamente (controladores locales) o bien indirectamente en forma de señal neumática, eléctrica o digital procedente de un transmisor.

• Elemento final de control: es el que recibe la señal del controlador y modifica el caudal del fluido o agente de control. En el control neumático, el elemento suele ser una válvula neumática o un servomotor neumático que efectúan su carrera completa de 0,206 a 1,033 bar (figura 4.9). En el control eléctrico- neumático, la válvula o el servomotor anteriores son accionados a través de un convertidor de intensidad a presión (I/P), o señal digital a presión, que convierte la señal eléctrica de 4 a 20 mA c.c. a señal neumática de 0,206 a 1,033 bar. En el control eléctrico, el elemento suele ser una válvula motorizada que efectúa su carrera completa accionada por un servomotor eléctrico.

En el control electrónico, y en particular en regulación de temperatura de hornos, pueden utilizarse rectificadores de silicio (tiristores). Estos se comportan esencialmente como bobinas de impedancia variable y varían la corriente de alimentación de las resistencias del horno, en la misma forma en que una válvula de control cambia el caudal de fluido en una tubería (figura 4.10).

Las señales neumáticas (0,206 - 1,033 bar) y eléctricas (4 - 20 mA c.c.) permiten el intercambio entre instrumentos de la planta. No ocurre así en los instrumentos de señal de salida digital (transmisores,

barras A.T. interruptor trafo intensidad cortocircuito sobreintensidad Equipo de transmisión de datos Equipo de recepción de datos relés de protección Puesto de control remoto Sensor Transmisor

Figura 4.8 : Sistema de telemando de un interruptor de alta tensión mediante transformador de

intensidad (elemento primario o sensor) y un equipo de transmisión de datos (transmisor).

4 5 1 2 3 14 12 1.1 2 1 1.01 1.0 2.2 Dispositivo controlado Elemento final de control señal proveniente del controlador (0,206 - 1,033 bar)

Figura 4.9 : Una válvula o distribuidor 5/2 actúa como elemento final de

controladores) donde las señales son propias de cada fabricante o suministrador. No obstante, existe el propósito de normalización por parte de firmas de instrumentos de control, en particular en los sistemas de control distribuido, las cuales estudian la aplicación de un lenguaje o protocolo de comunicaciones. Se creó para tal fin un comité internacional de normas IEC-65C, con la colaboración de los comités ISA SP50, ISA SP72 y EUROBOT de EUREKA, el cual trabaja también por la normalización de las comunicaciones digitales entre los instrumentos de campo (instrumentos de medida que se hallan ubicados junto al proceso controlado) y los sistemas de control (la llamada tecnología del fieldbus o bus de campo). Hoy en día, los estándares de buses de campo que se reconocen son PROFIBUS (Process Field Bus) y FIP (Factory Information Protocol).