CuRSoS InTeNSiVoS de Instrumentacion y Control InDuSTRiaL

Curso Intensivos e informacion variada sobre Instrumentacion y Control Industrial


Introducción:
Para todos aquellos que trabajan en el ámbito industrial y que quieren saber un poco mas de Instrumentación y control, como asi también, aquellos que quieran interiorisarse en este ámbito, aqui les dejo una compilación de temas relacionados. espero que les sirva...

...INDICE DEL POST...

a- CURSO DE INTRODUCCION A LA INSTRUMENTACION Y CONTROL INDUSTRIAL (informacion impresindible para poder realizar el curso avanzado)

b- CURSO AVANZADO DE INSTRUMENTACION Y CONTROL

c- NOTAS TECNICAS VARIAS (click acá)

d- Ejemplos de programacion y aplicaciones varias con distintas marcas de PLC y links a paginas con cursos de PLC (click acá)

e- Buses de campo aplicados al control de productos industriales (click acá)

f- COMO CALIBRAR EN TEMPERATURA (click acá)

g- Tipos de Válvulas (click acá)

h- Características y uso de los Tacómetros (click acá)

i- LOS MEDIDORES DE FLUJO (click acá)

j- Medidores acústicos de flujo: medidores Doppler y Tiempo en Tránsito (click acá)

k- TEORIA DE ERRORES EN LAS MEDICIONES (click acá)

l- Generalidades de los Sistemas de Medida (click acá)

ll- Definiciones generales, normas ISA, clasificación de los instrumentos (introduccion) (click acá)

m- Curso Audio visual de Instrumentacion y control (click acá)

Ultima edición por torres.electronico el Dom Jun 22, 2008 5:13 pm, editado 31 veces

Ejemplos de programacion y aplicaciones varias con distintas marcas de PLC y links a paginas con cursos de PLC

ejemplos de programación y aplicaciones varias con distintas marcas de PLC (muy buena pagina):

http://www.infoplc.net/Ejemplos/Ejemplos.htm

otras paginas con cursos de PLC:

http://www.unicrom.com/tut_plC1.asp

http://paolo.nireblog.com/archives/2007/10 (esta en archivos de video)

http://www.solocursosgratis.com/cursos_gratis_plc-slckey16320.htm

http://www.solomanuales.org/manuales_plc-manuall216320.htm

Ultima edición por torres.electronico el Mie Jun 18, 2008 2:34 pm, editado 2 veces

Buses de campo aplicados al control de productos industriales[/b][/u]

El desarrollo del control distribuido que está formado por una gran variada de campos va paralelo al de las comunicaciones. Esto esta evocado a diferentes niveles de abstracción sobre integración y producción de acuerdo a la filosofía de la "Computer lntegrated Manufacturing" -CIM. Cada vez es más necesario disponer de dispositivos inteligentes para realizar el control o la supervisión remota. Un bus de campo transfiere información secuencial y serial por un número limitados de líneas o cables. Hay muchos tipos diferentes de buses en uso y muchos son altamente dependientes de las aplicaciones. Este artículo se analiza el estado de avance en la tecnología de la comunicación de los buses de campo aplicados al control de procesos industriales.

INTRODUCCIÓN

Un bus de campo es un sistema de transmisión de información (datos) que simplifica enormemente la instalación y operación de máquinas y equipamientos industriales utilizados en procesos de producción. El objetivo de un bus de campo es sustituir las conexiones punto a punto entre los elementos de campo y el equipo de control a través del tradicional bucle de corriente de 4-20mA. Típicamente son redes digitales, bidireccionales, multipunto, montadas sobre un bus serie, que conectan dispositivos de campo como PLCs, transductores, actuadores y sensores. Cada dispositivo de campo incorpora cierta capacidad de proceso, que lo convierte en un dispositivo inteligente, manteniendo siempre un costo bajo. Cada uno de estos elementos será capaz de ejecutar funciones simples de diagnóstico, control o mantenimiento, así como de comunicarse bidireccionalmente a través del bus.

El objetivo es reemplazar los sistemas de control centralizados por redes de control distribuido mediante el cual permita mejorar la calidad del producto, reducir los costos y mejorar la eficiencia. Para ello se basa en que la información que envían y/o reciben los dispositivos de campo es digital, lo que resulta mucho más preciso que si se recurre a métodos analógicos. Además, cada dispositivo de campo es un dispositivo inteligente y puede llevar a cabo funciones propias de control, mantenimiento y diagnóstico. De esta forma, cada nodo de la red puede informar en caso de fallo del dispositivo asociado, y en general sobre cualquier anomalía asociada al dispositivo. Esta monitorización permite aumentar la eficiencia del sistema y reducir la cantidad de horas de mantenimiento necesarias.



VENTAJAS DE LOS BUSES DE CAMPO

La principal ventaja que ofrecen los buses de campo, y la que los hace más atractivos a los usuarios finales, es la reducción de costos . El ahorro proviene fundamentalmente de tres fuentes: ahorro en costo de instalación, ahorro en el costo de mantenimiento y ahorros derivados de la mejora del funcionamiento del sistema. Una de las principales características de los buses de campo es su significativa reducción en el cableado necesario para el control de una instalación. Cada componente sólo requiere un cable para la conexión de los diversos nodos. Se estima que puede ofrecer una reducción de 5 a 1 en los costos de cableado. En comparación con otros tipos de redes, dispone de herramientas de administración del bus que permiten la reducción del número de horas necesarias para la instalación y puesta en marcha.

El hecho de que los buses de campo sean más sencillos que otras redes de uso industrial como por ejemplo MAP, hace que las necesidades de mantenimiento de la red sean menores, de modo que la fiabilidad del sistema a largo plazo aumenta. Además, los buses de campo permiten a los operadores monitorizar todos los dispositivos que integran el sistema e interpretar fácilmente las interacciones entre ellos. De esta forma, la detección de las fuentes de problemas en la planta y su corrección resulta mucho más sencilla, reduciendo los costos de mantenimiento y el tiempo de parada de la planta.

Los buses de campo ofrecen mayor flexibilidad al usuario en el diseño del sistema. Algunos algoritmos y procedimientos de control que con sistemas de comunicación tradicionales debían incluirse en los propios algoritmos de control, radican ahora en los propios dispositivos de campo, simplificando el sistema de control y sus posibles ampliaciones.

También hay que tener en cuenta que las prestaciones del sistema mejoran con el uso de la tecnología de los buses de campo debido a la simplificación en la forma de obtener información de la planta desde los distintos sensores. Las mediciones de los distintos elementos de la red están disponibles para todos los demás dispositivos. La simplificación en la obtención de datos permitirá el diseño de sistemas de control más eficientes.

Con la tecnología de los buses de campo, se permite la comunicación bidireccional entre los dispositivos de campo y los sistemas de control, pero también entre los propios dispositivos de campo.

Otra ventaja de los buses de campo es que sólo incluyen 3 capas (Física, Enlace y Aplicación), y un conjunto de servicios de administración . El usuario no tiene que preocuparse de las capas de enlace o de aplicación. Sólo necesita saber cual es funcionalidad. Al usuario sólo se le exige tener un conocimiento mínimo de los servicios de administración de la red, ya que parte de la información generada por dichos servicios puede ser necesaria para la reparación de averías en el sistema. De hecho, prácticamente, el usuario sólo debe preocuparse de la capa física y la capa de usuario.

BUSES DE CAMPO EXISTENTES

Debido a la falta de estándares, diferentes compañías han desarrollado diferentes soluciones, cada una de ellas con diferentes prestaciones y campos de aplicación. En una primera clasificación tenemos los siguientes grupos:

- Buses de alta velocidad y baja funcionalidad

Están diseñados para integrar dispositivos simples como finales de carrera, fotocélulas, relés y actuadores simples, funcionando en aplicaciones de tiempo real, y agrupados en una pequeña zona de la planta, típicamente una máquina. Básicamente comprenden las capas física y de enlace del modelo OSI, es decir, señales físicas y patrones de bits de las tramas. Algunos ejemplos son:

• CAN: Diseñado originalmente para su aplicación en vehículos.

• SDS: Bus para la integración de sensores y actuadores, basado en CAN

• ASI: Bus serie diseñado por Siemens para la integración de sensores y actuadores.

- Buses de alta velocidad y funcionalidad media

Se basan en el diseño de una capa de enlace para el envío eficiente de bloques de datos de tamaño medio. Estos mensajes permiten que el dispositivo tenga mayor funcionalidad de modo que permite incluir aspectos como la configuración, calibración o programación del dispositivo. Son buses capaces de controlar dispositivos de campo complejos, de forma eficiente y a bajo costo. Normalmente incluyen la especificación completa de la capa de aplicación, lo que significa que se dispone de funciones utilizables desde programas basados en PCs para acceder, cambiar y controlar los diversos dispositivos que constituyen el sistema. Algunos incluyen funciones estándar para distintos tipos de dispositivos (perfiles) que facilitan la inter-operbilidad de dispositivos de distintos fabricantes. Algunos ejemplos son:

• DeviceNet: Desarrollado por Allen-Bradley, utiliza como base el bus CAN, e incorpora una capa de aplicación orientada a objetos.

• LONWorks: Red desarrollada por Echelon.

• BitBus: Red desarrollada por INTEL.

• DIN MessBus: Estándar alemán de bus de instrumentación, basado en comunicación RS-232.

• InterBus-S: Bus de campo alemán de uso común en aplicaciones medias.

- Buses de altas prestaciones

Son capaces de soportar comunicaciones a nivel de todos los niveles de la producción CIM. Aunque se basan en buses de alta velocidad, algunos presentan problemas debido a la sobrecarga necesaria para alcanzar las características funcionales y de seguridad que se les exigen. La capa de aplicación tiene un gran número de servicios a la capa de usuario, habitualmente un subconjunto del estándar MMS (Manufacturing Message Specification). Entre sus características incluyen:

• Redes multi-maestro con redundancia.

• Comunicación maestro-esclavo según el esquema pregunta-respuesta.

• Recuperación de datos desde el esclavo con un límite máximo de tiempo

• Capacidad de direccionamiento unicast, multicast y broadcast,

• Petición de servicios a los esclavos basada en eventos.

• Comunicación de variables y bloques de datos orientada a objetos.

• Descarga y ejecución remota de programas.

• Altos niveles de seguridad de la red, opcionalmente con procedimientos de autentificación.

• Conjunto completo de funciones de administración de la red.

Algunos ejemplos son:

• Profibus

• WorldFIP

• Fieldbus Foundation

- Buses para áreas de seguridad intrínseca

Incluyen modificaciones en la capa física para cumplir con los requisitos específicos de seguridad intrínseca en ambientes con atmósferas explosivas. La seguridad intrínseca es un tipo de protección por la que el componente en cuestión no tiene posibilidad de provocar una explosión en la atmósfera circundante. Un circuito eléctrico o una parte de un circuito tienen seguridad intrínseca, cuando alguna chispa o efecto térmico en este circuito producidos en las condiciones de prueba establecidas por un estándar (dentro del cual figuran las condiciones de operación normal y de fallo específicas) no puede ocasionar una ignición. Algunos ejemplos son HART, Profibus PA o WorldFIP.

ALGUNOS BUSES ESTANDARIZADOS

- PROFIBUS
Profibus se desarrolló bajo un proyecto financiado por el gobierno alemán. Está normalizado en Alemania por DIN E 19245 y en Europa por EN 50170. El desarrollo y posterior comercialización ha contado con el apoyo de importantes fabricantes com ABB, AEG, Siemens, Klóckner-Moeller, ... Está controlado por la PNO (Profibus User Organisation) y la PTO (Profibus Trade Organisation).
Existen tres perfiles:
• Profibus DP (Decentralized Periphery). Orientado a sensores/actuadores enlazados a procesadores (PLCS) o terminales.
• Profibus PA (Process Automation). Para control de proceso y cumpliendo normas especiales de seguridad para la industria química (IEC 1 1 15 8-2, seguridad intrínseca).
• Profibus FMS (Fieldbus Message Specification). Para comunicación entre células de proceso o equipos de automatización. La evolución de Profibus hacia la utilización de protocolos TCP/IP para enlace al nivel de proceso hace que este perfil esté perdiendo importancia.
Utiliza diferentes capas físicas. La más importante, en PROFIBUS DP, está basada en ElA RS-485. Profibús PA utiliza la norma IEC 11158-2 (norma de comunicación síncrona entre sensores de campo que utiliza modulación sobre la propia línea de alimentación de los dispositivos y puede utilizar los antiguos cableados de instrumentación 4-20 mA) y para el nivel de proceso se tiende a la utilización de Ethernet. También se contempla la utilización de enlaces de fibra óptica. Existen puentes para enlace entre diferentes medios, además de gateways que permiten el enlace entre perfiles y con otros protocolos.
Se distingue entre dispositivos tipo maestro y dispositivos esclavo. El acceso al medio entre maestros se arbitra por paso de testigo, el acceso a los esclavos desde un maestro es un proceso de interrogación cíclico (polling). Se pueden configurar sistemas multimaestro o sistemas más simples maestro-esclavo.
En Profibus DP se distingue entre: maestro clase 1 (estaciones de monitorización y diagnóstico), maestro clase 2 (elementos centralizadores de información como PLCS, PCs, etc.), esclavo (sensores, actuadores).
El transporte en Profibus-DP se realiza por medio de tramas según IEC 870-5-1. La comunicación se realiza por medio de datagramas en modo broadcast o multicast. Se utiliza comunicación serie asíncrona por lo que es utilizable una UART genérica.
Profibus DP prescinde de los niveles ISO 3 a 6 y la capa de aplicación ofrece una amplia gama de servicios de diagnóstico, seguridad, protecciones etc. Es una capa de aplicación relativamente compleja debido a la necesidad de mantener la integridad en el proceso de paso de testigo (un y sólo un testigo)
Profibus FMS es una compleja capa de aplicación que permite la gestión distribuida de procesos al nivel de relación entre células don posibilidad de acceso a objetos, ejecución remota de procesos etc. Los dispositivos de definen como dispositivos de campo virtuales, cada uno incluye un diccionario de objetos que enumera los objetos de comunicación. Los servicios disponibles son un subconjunto de los definidos en MMS (ISO 9506)
Las plataformas hardware utilizadas para soportar Profibus se basan en microprocesadores de 16 bits más procesadores de comunicaciones especializados o circuitos ASIC como el LSPM2 de Siemens. La PNO se encarga de comprobar y certificar el cumplimiento de las especificaciones PROFIBUS.
Entre sus perspectivas de futuro se encuentra la integración sobre la base de redes Ethernet al nivel de planta y la utilización de conceptos de tiempo real y filosofía productor-consumidor en la comunicación entre dispositivos de campo.
Las distancias potenciales de bus van de 100 m a 24 Km (con repetidores y fibra óptica). La velocidad de comunicación puede ir de 9600 bps a 12 Mbps. Utiliza mensajes de hasta 244 bytes de datos.
Profibus se ha difundido ampliamente en Europa y también tiene un mercado importante en América y Asia. El conjunto Profibus DP- Profibus PA cubre la automatización de plantas de proceso discontinuo y proceso continuo cubriendo normas de seguridad intrínseca.

- INTERBUS
Protocolo propietario, inicialmente, de la empresa Phoenix Conctact GmbH, aunque posteriormente ha sido abierta su especificación. Normalizado bajo DIN 19258, norma europea EN 50 254. Fue introducido en el año 1984.
Utiliza una topología en anillo y comunicación mediante un registro de desplazamiento en cada nodo. Se pueden enlazar buses periféricos al principal.
Capa física basada en RS-485. Cada dispositivo actúa como repetidor. Así se puede alcanzar una distancia entre nodos de 400 m para 500Kbps y una distancia total de 12 KM. Es posible utilizar también enlaces de fibra óptica.
Capa de transporte basada en una trama única que circula por el anillo (trama de suma)
La información de direccionamiento no se incluye en los mensajes, los datos se hacen circular por la red. Alta eficiencia. Para aplicaciones de pocos nodos y un pequeño conjunto de entradas/salidas por nodo, pocos buses pueden ser tan rápidos y eficientes como INTERBUS.
Físicamente tiene la impresión de seguir una topología en estrella, pero realmente cada nodo tiene un punto de entrada y otro de salida hacia el siguiente nodo.
Es muy sensible a corte completo de comunicación al abrirse el anillo en cualquiera de los nodos. Por otra parte, la estructura en anillo permite una fácil localización de fallos y diagnóstico.
Es muy apropiado para comunicación determinista a alta velocidad, es muy difícil una filosofía de comunicación orientada a eventos.

- DeviceNet
Bus basado en CAN. Su capa física y capa de enlace se basan en ISO 11898, y en la especificación de Bosh 2.0. DeviceNet define una de las más sofisticadas capas de aplicaciones industriales sobre bus CAN.
DeviceNet fue desarrollado por Allen-Bradley a mediados de los noventa, posteriormente pasó a ser una especificación abierta soportada en la ODVA (Open DeviceNet Vendor Association), Cualquier fabricante puede asociarse a esta organización y obtener especificaciones, homologar productos, etc.
Es posible la conexión de hasta 64 nodos con velocidades de 125 Kbps a 500 Kbps en distancias de 100 a 500 m.
Utiliza una definición basada en orientación a objetos para modelar los servicios de comunicación y el comportamiento externo de los nodos. Define mensajes y conexiones para funcionamiento maestro-esclavo, interrogación cíclica, "strobing" o lanzamiento de interrogación general de dispositivos, mensajes espontáneos de cambio de estado, comunicación uno-uno, modelo productor-consumidor, carga y descarga de bloques de datos y ficheros etc.
DeviceNet ha conseguido una significativa cuota de mercado. Existen más de 300 productos homologados y se indica que el número de nodos instalados superaba los 300.000 en 1998, Está soportado por numerosos fabricantes: Allen-Bradley, ABB, Danfoss, Crouzet, Bosh, Control Techniques, Festo, Omron, .etc.

- FOUNDATION FIELDBUS
Un bus orientado sobre todo a la interconexión de dispositivos en industrias de proceso continuo. Su desarrollo ha sido apoyado por importantes fabricantes de instrumentación (Fisher-Rosemount, Foxboro,...). En la actualidad existe una asociación de fabricantes que utilizan este bus, que gestiona el esfuerzo normalizador, la Fieldbus Foundation. Normalizado como ISA SP50, IEC-ISO 61158 (ISA es la asociación internacional de fabricantes de dispositivos de instrumentación de proceso).
En su nivel H1 (uno) de la capa física sigue la norma IEC 11158-2 para comunicación a 31,25 Kbps, es por tanto, compatible con Profibús PA, su principal contendiente. Presta especial atención a las versiones que cumplen normas de seguridad intrínseca para industrias de proceso en ambientes combustibles o explosivos. Se soporta sobre par trenzado y es posible la reutilización de los antiguos cableados de instrumentación analógica 4-20 mA. Se utiliza comunicación síncrona con codificación Manchester Bifase-L.
La capa de aplicación utiliza un protocolo sofisticado, orientado a objetos con múltiples formatos de mensaje. Distingue entre dispositivos con capacidad de arbitración (Link Master) y normales. En cada momento un solo Link master arbitra el bus, puede ser sustituido por otro en caso de fallo. Utiliza diversos mensajes para gestionar comunicación por paso de testigo, comunicación cliente-servidor, modelo productor-consumidor etc. Existen servicios para configuración, gestión de diccionario de objetos en nodos, acceso a variables, eventos, carga descarga de ficheros y aplicaciones, ejecución de aplicaciones, etc. La codificación de mensajes se define según ASN.1
El nivel H2 (dos) está basado en Ethernet de alta velocidad (100 Mbps) y orientado al nivel de control de la red industrial.

- FIP- WorldFIP
Desarrollado en Francia a finales de los ochenta y normalizado por EN 50170, que también cubre Profibus. Sus capas física y de aplicación son análogas a las de Foundation Fieldbus H1 y Profibus PA. La división Norteamérica de WorldFIP se unió a mediados de los noventa a la Fieldbus Foundation en el esfuerzo por la normalización de un bus industrial común.
Utiliza un modelo productor-consumidor con gestión de variables cíclicas, eventos y mensajes genéricos.

- LONWORKS
La empresa Echelon, localizada en California, fue fundada en 1988. Comercializa el bus de campo LonWorks basado en el protocolo LonTalk y soportado sobre el NeuronChip. Alrededor de estas marcas ha construido toda una estructura de productos y servicios, hábilmente comercializados, dirigidos al mercado del control distribuido en domótica, edificios inteligentes, control industrial etc. Asegura que varios miles de empresas trabajan con LonWorks, que cientos de empresas comercializan productos basados en su bus y que se han instalado millones de nodos.
El protocolo LonTalk cubre todas las capas OSI. El protocolo se soporta en hardware y firmware sobre el NeuronChip. Se trata de un microcontrolador que incluye el controlador de comunicaciones y toda una capa de firmware que, además de implementar el protocolo, ofrece una serie de servicios que permiten el desarrollo de aplicaciones en el lenguaje Neuron C, una variante de ANSI C. Motorola y Toshiba fabrican el NeuronChip, además Echelon ofrece la posibilidad de abrir la implementación de LonWorks a otros procesadores.
La red Lonworks ofrece una variada selección de medios físicos y topologías de red: par trenzado en bus, anillo y topología libre, fibra óptica, radio, transmisión sobre red eléctrica etc. El soporte más usual es par trenzado a 38 o 78 Kbps. Se ofrece una amplia gama de servicios de red que permiten la construcción de extensas arquitecturas con multitud de nodos, dominios y grupos, típicas de grandes edificios inteligentes.
El método de comparación de medio es acceso CSMA predictivo e incluye servicios de prioridad de mensajes.
Echelon ofrece herramientas de desarrollo, formación, documentación y soporte técnico. Echelon basa su negocio en la comercialización del bus, medios, herramientas y soporte,

- SDS
SDS ("Smart Distributed System") es, junto con DeviceNet y CANOpen, uno de los buses de campo basados en CAN más extendidos. Fue desarrollado por el fabricante de sensores industriales Honeywell en 1989.
Se ha utilizado sobre todo en aplicaciones de sistemas de almacenamiento, empaquetado y clasificación automática. Se define una capa física que incluye alimentación de dispositivos en las conexiones. La capa de aplicación define autodiagnóstico de nodos, comunicación por eventos y prioridades de alta velocidad.

- CANOpen
Bus de campo basado en CAN. Fue el resultado de un proyecto de investigación financiado por la Comunidad Europea y se está extendiendo de forma importante entre fabricantes de maquinaria e integradores de célula de proceso. Está soportado por la organización CiA (CAN In Automation), organización de fabricantes y usuarios de CAN que también apoya DeviceNet, SDS etc. Al final de este trabajo se describirá con más detalle este bus, como ejemplo de bus de campo normalizado soportado sobre CAN.

- MODBUS
En su definición inicial Modbus era una especificación de tramas, mensajes y funciones utilizada para la comunicación con los PLCs Modicon. Modbus puede implementarse sobre cualquier línea de comunicación serie y permite la comunicación por medio de tramas binarias o ASCII con un proceso interrogación-respuesta simple. Debido a que fue incluido en los PLCs de la prestigiosa firma Modicon en 1979, ha resultado un estándar de facto para el enlace serie entre dispositivos industriales.
Modbus Plus define un completo bus de campo basado en técnica de paso de testigo. Se utiliza como soporte físico el par-trenzado o fibra óptica.
En la actualidad Modbus es soportado por el grupo de automatización Schneider (Telemechanique, Modicon,...).

- INDUSTRIAL ETHERNET
La norma IEEE 802.3 basada en la red Ethernet de Xerox se ha convertido en el método más extendido para interconexión de computadores personales en redes de proceso de datos. En la actualidad se vive una auténtica revolución en cuanto a su desplazamiento hacia las redes industriales. Es indudable esa penetración. Diversos buses de campo establecidos como Profibus, Modbus etc. han adoptado Ethernet como la red apropiada para los niveles superiores. En todo caso se buscan soluciones a los principales inconvenientes de Ethernet como soporte para comunicaciones industriales:
• El intrínseco indeterminismo de Ethernet se aborda por medio de topologías basadas en conmutadores. En todo caso esas opciones no son gratuitas.
• Se han de aplicar normas especiales para conectores, blindajes, rangos de temperatura etc. La tarjeta adaptadora Ethernet empieza a encarecerse cuando se la dota de robustez para un entorno industrial
Parece difícil que Ethernet tenga futuro a nivel de sensor, aunque puede aplicarse en nodos que engloban conexiones múltiples de entrada-salida.
Como conclusión Ethernet está ocupando un área importante entre las opciones para redes industriales, pero parece aventurado afirmar, como se ha llegado a hacer, que pueda llegar a penetrar en los niveles bajos de la pirámide CIM.

- ASI
AS-I (Actuator Sensor Interface) es un bus de campo desarrollado inicialmente por Siemens, para la interconexión de actuadores y sensores binarios. Actualmente está recogido por el estándar IEC TG 17B.
A nivel físico, la red puede adoptar cualquier tipo de topología: estructura en bus, en árbol, en estrella o en anillo. Permite la interconexión de un máximo de 31 esclavos. La longitud máxima de cada segmento es de 100 metros. Dispone de repetidores que permiten la unión de hasta tres segmentos, y de puentes hacia redes Profibus. Como medio físico de transmisión, emplea un único cable que permite tanto la transmisión de datos como la alimentación de los dispositivos conectados a la red. Su diseño evita errores de polaridad al conectar nuevos dispositivos a la red. La incorporación o eliminación de elementos de la red no requiere la modificación del cable.
El cable consta de dos hilos sin apantallamiento. Para lograr inmunidad al ruido, la transmisión se hace basándose en una codificación Manchester
Cada esclavo dispone de hasta 4 entradas/salidas, lo que hace que la red pueda controlar hasta 124 E/S digitales. La comunicación sigue un esquema maestro - esclavo, en la cual el maestro interroga a las estaciones enviándoles mensajes (llamados telegramas) de 14 bits y el esclavo responde con un mensaje de 7 bits. La duración de cada ciclo pregunta respuesta es de 150 m s. En cada ciclo de comunicación se deben consultar todos los esclavos, añadiendo dos ciclos extras para operaciones de administración del bus (detección de fallos). El resultado es un tiempo de ciclo máximo de-5ms.

- BITBUS
Introducido por Intel a principios de los 80. Es un bus maestro-esclavo soportado sobre RS485 y normalizado en IEEE- 1118. Debido a su sencillez ha sido adoptado en redes de pequeños fabricantes o integradores. En su capa de aplicación se contempla la gestión de tareas distribuidas, es decir es, en cierto modo, un sistema multitarea distribuido. Existe una organización europea de soporte (Bitbus European User's Group).

- ARCNet
Originalmente desarrollada como red para proceso de datos en los años ‘70 ARCNet ha encontrado aplicación en el mundo industrial. Su técnica de paso de testigo hace que sea predecible, determinista y robusta. Está normalizada como ANSI/ATA 878. 1. La velocidad de comunicación es de 2,5 Mbps con paquetes del 0 a 512 bytes. Soporta topología en bus y estrella y diversos medios físicos (cable coaxial, par trenzado, fibra óptica).
Es una red muy apropiada para un nivel intermedio en la jerarquía CIM. Algunos fabricantes proponen como jerarquía ideal para control industrial una basada en Ethernet en el nivel superior, ArcNET en el intermedio y CAN al nivel de celda de fabricación.

- CONTROLNET
Bus de alta velocidad (5 Mbps) y distancia (hasta 5 Km), muy seguro y robusto promovido por Allen-Bradley. Utiliza cable RG6/U (utilizado en televisión por cable) y se basa en un controlador ASIC de Rockwell.
No es soportado por muchos fabricantes y resulta de elevado precio por nodo. Se ha utilizado para interconexión de redes de PLCs y computadores industriales en aplicaciones de alta velocidad y ambientes muy críticos.

- HART
Es un protocolo para bus de campo soportado por la HART Communication Foundation y la Fieldbus Foundation, Su campo de aplicación básico es la comunicación digital sobre las líneas analógicas clásicas de los sistemas de instrumentación, manteniendo éstas en servicio. Sus prestaciones como bus de campo son reducidas.
Utiliza el bus analógico estándar 4-20 mA sobre el que transmite una señal digital modulada en frecuencia (modulación FSK 1200-2200 Hz). Transmite a 1200 bps manteniendo compatibilidad con la aplicación analógica inicial y sobre distancias de hasta 3 Km.
Normalmente funciona en modo maestro-esclavo.

LA GUERRA DE LOS BUSES.
Ante la variedad de opciones existente, parece razonable pensar que fabricantes y usuarios hicieran un esfuerzo en la búsqueda de normativas comunes para la interconexión de sistemas industriales.
Lo que ha venido llamándose "la guerra de los buses" tiene que ver con la permanente confusión reinante en los entornos normalizadores en los que se debate la especificación del supuesto "bus de campo universal". Desde mediados de los años ‘80 la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC-CEI) y la Sociedad de Instrumentación Americana (ISA) ha sido escenario del supuesto esfuerzo de los fabricantes para lograr el establecimiento de una norma única de bus de campo de uso general. En 1992 surgieron dos grupos, el ISP (Interoperable Systems Project) y WorldFIP cada uno promoviendo su propia versión del bus de campo. En el primer grupo estaban fabricantes como Siemens, Fisher-Rosemount, Foxboro y Yokogawa. En el segundo Allen-Bradley, HoneyWell, Square D y diversas empresas francesa. En 1994 ambos grupos se unieron en la Fieldbus Foundation. El debate se trasladó luego, y continua en la actualidad, a la conjunción de Fieldbus y el mundo Profibus. Los años pasan, la norma del supuesto bus universal nunca se acaba de generar y en el camino aparecen nuevas opciones como CAN, LonWorks, Ethernet. Incluso el debate es confuso y totalmente incomprensible, otras empresas participantes en el debate generaban en paralelo soluciones propias, es el caso de Allen-Bradley con DeviceNet y HoneyWell con SDS. La realidad es que sólo los usuarios están realmente interesados en la obtención de normas de uso general. Los fabricantes luchan por su cuota de mercado y, en general, sólo están a favor de una norma cuando ésta recoge las características de su propia opción, lo cual es comprensible dadas las fuertes inversiones necesarias para el desarrollo de un bus industrial normalizado. El debate sigue abierto.

CONCLUSIONES
Se han presentado algunas características funcionales de los Buses de Campo detallando algunos de mayor uso en diferentes modalidades de ambiente de trabajo. Además, se incluyeron criterios útiles de la estructuración dentro del concepto CIM-OSI. Estos antecedentes pueden ayudar a los profesionales para encontrar soluciones racionales y bien encaminadas para los problemas de comunicaciones a los niveles de producción, a pesar la falta de normas internacionales definitivas, dentro de la gama de buses de campo existentes.

Reproducción del artículo:
ANALISIS DEL ESTADO DEL ARTE DE LOS BUSES DE CAMPO APLICADOS AL CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES

http://cabierta.uchile.cl/revi sta/19/articulos/pdf/edu3.doc

Por el Dr.-Ing. Héctor Kaschel C. y el Ing. Ernesto Pinto L.

Ultima edición por torres.electronico el Mie Jun 18, 2008 2:31 pm, editado 1 vez

COMO CALIBRAR EN TEMPERATURA

INTRODUCCIÓN.

En este documento nos hemos propuesto a desarrollar los principales puntos a tomar en cuenta para realizar una calibración en temperatura de tipo industrial, incluyendo los equipos necesarios para llevarla a cabo.

El método de calibración que trataremos es el de comparación, que es el método más usado en la industria. De manera general podemos decir que este método consiste en comparar –como su nombre lo dice– las lecturas del termómetro bajo prueba contra las lecturas de un termómetro patrón cuando ambos están inmersos en un mismo medio a la misma temperatura.

CALIBRACIÓN.

De acuerdo con la normatividad vigente NMX-Z-055-1997-IMCN, Calibración se define como un conjunto de operaciones que establecen, en condiciones especificadas, la relación entre los valores de las magnitudes indicadas por un instrumento de medición o un sistema de medición, o los valores representados por una medida materializada o un material de referencia, y los valores correspondientes de la magnitud realizada por los patrones.

Lo primero que nos debemos preguntar es porqué realizar una calibración. Se podrán dar muchas respuestas, desde el requisito para cumplir con ciertas normas hasta el hecho de evaluar la incertidumbre del equipo que usamos. Pero en un sentido práctico, la calibración en la industria se realiza para tener confianza en el equipo que estamos usando, con lo cual sabremos que no afectará la calidad de nuestro producto o servicio.

EQUIPO.

El equipo necesario que se ocupa normalmente para realizar una calibración es el siguiente:

• Termómetro de referencia.

• Indicador para el termómetro de referencia.

• Indicador para el termómetro bajo prueba.

• Fuente de temperatura.

Termómetro de referencia.

El termómetro de referencia será el que nos indique el valor “real” de temperatura que tiene la fuente de calor. Éste puede ser de varios tipos y la decisión de cual es el adecuado dependerá en buena medida del intervalo de temperatura y de su incertidumbre. Enseguida enumeramos los distintos tipos de termómetros de referencia y sus principales características.

Termómetro de resistencia de platino patrón.

Qrtzsprt

Este termómetro es el más usado como termómetro de referencia, en inglés se le conoce como SPRT (Standard Platinum Resistance Thermometer) y sus principales características son las siguientes:

• Intervalo de uso de –200°C hasta 1000°C.

• Versiones de 0,25; 2,5; 25,5 y 100 W .

• Muy estable y exacto.

• Incertidumbres desde 0,001°C hasta 0,01°C.

• Caro y frágil.

Termómetro de resistencia de platino.

Secondary Standard Temperature Sensors

También conocido como PRT (Platinum Resistance Thermometer) o en ocasiones como RTD (Resistance Temperature Detector), cabe aclarar que este último término es genérico, ya que el SPRT y el termistor también son RTD's.

El PRT es muy similar al SPRT, sus características son:

• Intervalo de uso de –200°C a 660°C.

• Normalmente de 100 W .

• Estable y exacto.

• Incertidumbres desde 0,01°C hasta 0,025°C.

• No tan caro y un poco menos frágil que el SPRT.

Termistor.

Thermistor Temperature Sensors

El termistor es muy usado como termómetro de referencia a temperaturas cercanas a la ambiente, esto debido a que su intervalo de temperatura no es muy amplio. El termistor tiene las siguientes características:

• Intervalo de –20°C a 150°C.

• Versión de 10 k W

• Muy estable y exacto.

• Incertidumbres desde 0,002°C hasta 0,01°C.

• No es ni tan caro ni tan frágil como el SPRT.

Termopar.

Gold Platinum Thermocouple

De los termómetros de referencia es el menos exacto, sin embargo su intervalo de temperatura es bastante amplio, por esta razón es prácticamente la única opción para altas temperaturas. El termopar se caracteriza por lo siguiente:

• Intervalo de 0°C a 1450°C.

• Hecho de metales nobles.

• Menos estable y exacto.

• Incertidumbres típicas de 0,05°C a 0,5°C.

Normalmente no es tan caro ni tan frágil como el SPRT.

Indicadores.

Black Stack Thermometer Readout

Los indicadores, en ocasiones llamados monitores, puentes termométricos o incluso mal llamados termómetros digitales, son aquellos que sirven para medir la resistencia o la tensión eléctrica del termómetro de referencia. Recomendamos que como indicador no se piense en un multímetro digital, que aunque los hay muy exactos, no tienen las características para medir de manera eficiente un RTD o termopar. Como indicador se debe usar uno pensado para propósitos de calibración en temperatura, a continuación hablaremos de los distintos tipos de indicadores.

Indicadores para RTD's.

Super Thermometers

En primer lugar vamos a hablar de los indicadores para medir SPRTs, PRTs y termistores. Los indicadores se encargan de medir la resistencia del sensor y desplegar su lectura normalmente en unidades de °C, °F o K (Kelvin).

El método usado para medir la resistencia del RTD es el método de 4 hilos, con este método se evita que la resistencia de los cables sea tomada en cuenta en la medición. Además en un buen indicador debe de existir inversión de corriente, esto es para eliminar las fem's térmicas (milivolts) que se generan en las uniones. En el siguiente esquema se muestra este método.

La selección del indicador dependerá en primer lugar del termómetro de referencia a usar y se debe cuidar que cumpla con el intervalo de resistencia a medir como sigue:

• 25 W SPRTs de » 4.5 to 84.5 W (-200 °C to 660 °C)

• 100 W PRTs de » 18 to 340 W (-200 °C to 660 °C)

• 10k W thermistors de » 30 k to 750 W (0 °C to 100 °C)

Es importante que el indicador no aplique demasiada corriente al RTD, ya que esto podría provocar autocalentamiento, lo cual a su vez provocaría errores en la calibración. Se recomienda que la corriente usada para los SPRTs y PRTs sea de 1 mA, mientras que para los termistores se recomienda que sea de 10 µ A.

Lo siguiente que hay que tomar en cuenta es la exactitud del equipo, se debe conocer de preferencia la exactitud del indicador en unidades de temperatura, pero si el fabricante no provee tal exactitud, entonces se debe analizar cual será la exactitud en unidades de temperatura a distintas temperaturas. En el siguiente ejemplo calcularemos la exactitud del indicador en °C a partir de su exactitud en resistencia.

Ejemplo .

Supongamos que contamos con un indicador de PRT con un intervalo cuya plena escala es de 180 W y tiene una exactitud de:

± (30 ppm de la lectura + 5 ppm de plena escala)

Si este indicador mide un PRT cuya resistencia a 100°C es de 138,50 W y tiene una sensibilidad de 0,3868 W /°C, entonces la exactitud de este indicador a 100°C en unidades de temperatura se calculará como:

En este ejemplo la exactitud del indicador sería de 0,013°C.

Indicadores para termopares.

1529

Los indicadores para termopares deben tener las siguientes características:

• Muy buena exactitud en mediciones de baja tensión eléctrica (mV).

• Ruido eléctrico bajo.

• Se requiere de compensación de unión fría (puede ser por medio del punto de hielo externo)

• En caso de usar switches, deben ser de baja fem térmica.

Al igual que en los RTD's, vamos a dar un ejemplo para poder calcular la exactitud en °C de un indicador cuya exactitud está expresada en función de la tensión eléctrica.

Ejemplo .

Supongamos que contamos con un indicador de mV con un intervalo cuya plena escala es de 100 mV , el cual tiene una exactitud de:

± (20 ppm de la lectura + 2 ppm de plena escala)

Si este indicador mide un termopar tipo S cuya fem a 440°C es de 4,2333 mV y tiene una sensibilidad de 0,0099 mV/°C, entonces la exactitud de este indicador a 440°C en unidades de temperatura se calculará como:

Fuentes de temperatura.

Existen principalmente dos tipos de fuentes de temperatura para calibración industrial, los baños líquidos y los calibradores de bloque seco, en cualquier caso lo que se busca de ellos es lo siguiente:

• Estabilidad y Uniformidad acorde con la incertidumbre deseada (Se recomienda una relación 10:1)

• Intervalo de temperatura apropiado al intervalo deseado de calibración.

• Suficiente profundidad para la inmersión de los termómetros.

Bloques secos.

High Accuracy Dry-Well Calibrators

Los bloques secos son usados principalmente para la calibración de RTDs y termopares, no se recomienda su uso para calibración de termómetros de líquido en vidrio. En ocasiones, si la incertidumbre requerida lo permite, se puede evitar el uso del termómetro de referencia externo y emplear únicamente el sensor interno del bloque cuya lectura aparece en el display, por supuesto que se debe consultar la exactitud del mismo antes de emplearlo. Otra ventaja de los bloques secos es el hecho de que alcanzan temperaturas más altas que los baños líquidos. A continuación ennumeramos las principales características de los bloques.

• Exactitud moderada

• Diámetro de huecos fijos

• Profundidad de inmersión fija

• Secos y limpios

• Portátiles

• Cambios de temperatura rápidos

• Sensor de referencia interno

• Intervalo de temperatura normalmente amplio

Baños líquidos.

Los baños líquidos se usan normalmente para calibraciones de alta exactitud, para calibración de termómetros de líquido en vidrio e incluso para termómetros cuyas formas geométricas sean un poco caprichosas. Por su alta estabilidad y uniformidad son la opción perfecta en calibraciones donde se requiere de una incertidumbre baja. Actualmente existe una gran variedad de baños que permiten incluso que algunos de ellos sean portátiles (microbaños) o aquellos que ocupan poco espacio y son semi-portátiles (baños compactos). La siguiente lista muestra las principales características de los baños líquidos.

• Alta exactitud

• Adaptable a distintos diámetros y profundidad de inmersión de termómetros

• Normalmente no son portátiles

• Cambios de temperatura lentos

• Requiere de termómetro de referencia externo

• Es crítica la selección del fluído

• Intervalo de temperatura de uso restringido

PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN.

Para realizar una calibración de tipo industrial los pasos a seguir son los siguientes:

• Conocer el intervalo a calibrar deseado. Es necesario que se corrobore que nuestro equipo es capaz de cubrir el intervalo de calibración del instrumento bajo prueba (UUT por sus siglas en inglés).

• Analizar incertidumbres. Se recomienda que la incertidumbre total del equipo de referencia (termómetro de referencia, indicador y fuente de temperatura) tenga una relación de 4:1 contra la exactitud del instrumento bajo prueba.

• Definir puntos de medición. Dividir de manera equidistante en temperatura el intervalo de calibración en al menos 5 puntos de medición cubriendo la mayor parte de dicho intervalo.

• Llevar a cabo las mediciones. Se programa la fuente de temperatura a cada uno de los distintos puntos de medición, una vez que la fuente de temperatura es estable se toman lecturas del termómetro de referencia y del termómetro o termómetros a calibrar. Se recomienda que se tomen varias lecturas en cada punto con lo que se mejora la incertidumbre.

• Realizar cálculos. Una vez tomadas las mediciones se llevan a cabo los promedios de las lecturas en cada punto, se calcula la incertidumbre de cada punto de medición y se determina en su caso, si el termómetro a calibrar se encuentra dentro de las especificaciones del fabricante o su norma correspondiente.

• Elaborar informe de calibración. En el informe de calibración quedan plasmados los resultados finales de la calibración.

A continuación mencionaremos algunas particularidades de la calibración dependiendo del instrumento bajo prueba.

RTDs.

Si el equipo a calibrar son PRTs o termistores se debe usar un indicador adecuado, si el equipo a calibrar usa su propio indicador, se debe usar ese indicador para que de esa forma se considere el sistema de medición completo.

Al calibrar RTDs se deben tomar en cuenta las siguientes consideraciones:

• Insertar el instrumento(s) bajo prueba en la fuente de temperatura lo más cercano posible al termómetro de referencia.

• En caso de que sean varios los termómetros a calibrar, colocarlos en forma circular con la referencia al centro.

• Tener la suficiente inmersión de los termómetros, se recomienda la siguiente fórmula: 30 X diámetro del sensor + longitud del sensor.

• Usar la configuración de 2, 3 ó 4 hilos de acuerdo con el tipo de sensor.

• Si el RTD no cuenta con indicador propio usar tablas para definir la temperatura. Las más comunes son DIN, IEC-751 o ASTM 1137.

Termopares.

Al igual que con los RTD, si el termopar a calibrar tiene indicador propio se debe procurar usar éste para evaluar el sistema completo.

Las consideraciones en cuanto a la calibración del termopar son muy similares que las de los RTD, algunas consideraciones especiales son:

• Se debe llevar a cabo la compensación de unión fría, ya sea que el indicador la haga o que se realice externamente con el punto de hielo.

• En caso de no contar con indicador usar tablas de termopares de acuerdo con su tipo.

• La colocación e inmersión de los termopares siguen la misma regla que los RTDs.

Para conocer un poco más acerca de termopares y de la compensación de punta fría le recomendamos la visitar siguiente liga haciendo click aqui.


Termómetros de líquido en vidrio.

Los termómetros de líquido en vidrio se deben calibrar de manera similar a los RTDs y termopares, por supuesto en éstos la medición es directa. Se deben considerar tres puntos principalmente:

• Se deben de calibrar considerando las tolerancias dadas principalmente por las normas ASTM.

• Se debe tener cuidado con la interpolación.

• Se debe cuidar la inmersión del termómetro de acuerdo con su tipo.

Al momento de interpolar, se debe procurar tener la vista perpendicular al termómetro a la altura del menisco de la columna. La interpolación será en fracciones de 1/4, 1/5 ó 1/10 de la escala mínima. Se recomienda el uso de lupa o algún otro método para mejor estimación de la lectura.

La inmersión del termómetro será como sigue de acuerdo con su tipo:

• Inmersión completa. El termómetro es inmerso completamente en el fluído a ser medido.

• Inmersión total. Todo el líquido termométrico (mercurio por ejemplo) debe estar inmerso en el líquido a ser medido.

• Inmersión parcial. El termómetro es inmerso a una profundidad fija, existe una marca sobre la escala.

Si está interesado en saber más acerca de este tema le recomendamos los cursos que imparte Hart Scientific en sus instalaciones, o solicite información de cursos que imparte Hart Scientific localmente. También existe literatura disponible en el catálogo de Hart Scientific, contacte con el distribuidor o representante de Hart Scientific para más información.

Ultima edición por torres.electronico el Mie Jun 18, 2008 2:36 pm, editado 1 vez

Tipos de Válvulas

Todo fluido, al ser transportado por medio de tuberías, requiere un control de flujo, un método que impida su retorno y que libere el exceso de presión cuando esta sobrepase ciertos límites de seguridad. Para cumplir estas funciones se utilizan las válvulas. La elección de las válvulas es simple. Se debe tener en cuenta su capacidad, la clase de fluido, la temperatura del fluido, la clase y el tipo de tubería en la cual se debe instalar, la forma de realizar las conexiones, la manera como se va a operar y, finalmente, las facilidades para su buen manejo. Entre las distintas variedades de válvulas están las siguientes:
Válvulas de retención o válvula check.

La función principal de esta válvula es evitar el cambio de dirección del fluido que se conduce a través de la tubería. Hay de dos tipos distintos, conocidos como válvulas de retención a bisagra y de retención horizontal.
Válvulas de compuerta.

Permite el paso del flujo en posición completamente abierta y lo restringe en la posición completamente cerrada, con la mínima pérdida de carga posible. Cuando la válvula está en posición abierta, no solo facilita el paso del fluido en línea recta sino que, además, la sección mantiene la misma área de la tubería a la cual está unida
Válvulas de globo.

Las válvulas de globo sirven para regular o limitar el paso de un fluido. Están construidas de tal modo que cuando el fluido pasa, producen un cambio en la dirección e incrementan su resistencia al paso en forma gradual, según la posición de cierre. Para diámetros mayores de 12 pulgadas, estas válvulas son poco usadas, debido al gran esfuerzo que requieren para ser operadas bajo alta presión. En diámetros menores a una pulgada, para regular el flujo con mayor precisión, se usa otra versión de la válvula de globo, que tiene un vástago de forma cónica. Este es muy alargado y se conoce con el nombre de válvula de aguja.
Válvulas reguladoras de presión.

Se utilizan cuando es necesario reducir la presión, manteniéndola en valores prefijados, al margen de la cantidad de fluido que pasa a través de ellas.
Válvulas reguladoras de caudal.

Las válvulas reguladoras de caudal funcionan de manera similar a las reguladoras de presión, reduciendo y manteniendo el caudal de salida. En las plantas de tratamiento, estas válvulas son muy utilizadas en diámetros mayores de seis pulgadas para mantener constante el caudal de operación de los filtros rápidos de este tipo.
Válvulas de alivio de presión.

Se utilizan en tanques de presión, calderas, etcétera, donde es necesario evitar que un exceso de presión pueda causar daño en las instalaciones. Están reguladas para una determinada presión de apertura. Permanecen cerradas en funcionamiento normal y solo se abren si el fluido sobrepasa la presión requerida, liberando el exceso.
Válvula reguladora de altitud.

Se utiliza principalmente para mantener el nivel del agua en los reservorios, de modo que el ingreso se interrumpa apenas el nivel llegue a la altura deseada.
Válvula de purga de aire.

El aire acumulado en los puntos altos provoca la reducción del flujo de agua, produciendo un aumento de pérdida de carga y una disminución del caudal. Para evitar esta acumulación es necesario instalar válvulas de aire. Estas pueden ser de accionamiento automático o manual.

Las válvulas macho

Las válvulas macho poseen un dispositivo de cierre u obturador que está formado por una especie de tapón troncocónico el cual gira sobre el eje central.

La apertura del obturador se efectúa girando sobre su propio eje, mediante una palanca, hasta hacer coincidir la ventana del mismo con los del cuerpo de la válvula.

Su accionamiento suele ser muy rápido ya que al igual que la de mariposa basta un cuarto de vuelta de la palanca para pasar de la posición cerrada a la abierta y viceversa.

Su pérdida de carga en posición abierta es muy pequeña y suelen emplearse en instalaciones poco vigiladas, ya que al colocarse sin palanca de accionamiento no se puede alterar su posición.

Las válvulas que carecen de engrase, deben contar con un dispositivo accionado por palanca, que despegue el macho del cuerpo antes de proceder a su giro. Después de éste, se acciona dicha palanca en sentido contrario para bloquear el macho contra el cuerpo.

Tanto la lubricación como el anterior mecanismo pueden obviarse si se recubre con teflón la superficie del cuerpo que roza con el macho.
Características de las válvulas macho

El accionamiento de estas válvulas (por llave o por palanca) es muy rápido y las pérdidas de carga en posición abierta son pequeñas.
Aplicaciones de las válvulas macho

Como las válvulas de compuerta, se emplean sobre todo en posiciones totalmente abiertas o cerradas. Tienen sobre éstas las ventajas de su gran rapidez de accionamiento y de su mayor hermetismo.

Se aplican pues, en diámetros nunca grandes, para dar paso o cortar el flujo. Para regulación del caudal se usan menos, y especialmente para gases.

Los grifos se utilizan universalmente en líneas de aire comprimido y poco frecuente para vapor o agua.

Las válvulas de macho no sirven con altas temperaturas, pues se agarrotaría el obturador debido a las dilataciones desiguales.

En cuanto a las válvulas de tres y cuatro vías son aplicables en regulación para mezclas y reparto de flujos.
Tipos de válvulas macho

- Según la sección de paso.

1. Válvulas de macho de paso total. En este tipo el paso del obturador es el mismo que la sección de las ventanas del cuerpo.
2. Válvulas de macho de paso reducido tipo Venturi. El paso del obturador es de diferente sección que las ventanas del cuerpo, teniendo una entrada similar a un Venturi.

- Según el sistema de lubricación.

1. Válvulas de macho lubricadas. Tiene un dispositivo de inyección a presión que permite mantener lubricados las superficies de contacto del obturador o macho y el cuerpo de la válvula.
2. Válvula de macho no lubricadas. Este tipo no necesita lubricación, contando para ello con un dispositivo mecánico que reduce la fricción entre el obturador o macho y el cuerpo de la válvula.

- Según el número de ventanas.

1. Válvulas de macho simple (2 ventanas). Este tipo se suele emplear solo como válvulas de cierre.
2. Válvulas de macho de ventanas múltiples. Este tipo se emplea para distribuir el fluido en diferentes direcciones, pudiendo realizar diversas combinaciones según el número de ventanas.


1.- Cuerpo 2.- Tapa 3.- Macho 4.- Bonete 5.- Sello del vástago
6.- Arandela de empuje 7.- Dispositivo antiestático
8.- Perno del bonete 9.- Perno de la tapa
10.- Arandela de presión 11.- Anillo soporte
12.- Copa de sello 13.- Forro o camisa




Ultima edición por torres.electronico el Mie Jun 18, 2008 2:37 pm, editado 1 vez

Características y uso de los Tacómetros

El personal de ingeniería y mantenimiento de una planta, continuamente enfrenta una variedad de exigencias como las de maquinarias cada vez más complejas, presupuestos de mantenimiento cada vez más limitados, mayor disponibilidad de maquinaria y mejor productividad y rentabilidad.

Se han desarrollado técnicas efectivas para el monitoreo y mantenimiento de la maquinaria de forma rápida y confiables, que ponen todo en manos de la instrumentación para evitar grandes costos y poder hacer un mantenimineto predictivo según los datos obtenidos de estas prácticas.

Los sistemas confiables para monitoreo y diagnóstico de maquinaria, provistos de señales de entrada de mediciones correctas, son muy apreciadas por su valor. Para medir la velocidad, por ejemplo, se cuenta con diversos equipos, entre los que destacan los tacómetros.

El tacómetro es un dispositivo que mide las revoluciones por minuto (RPM) del rotor de un motor o una turbina, velocidad de superficies y extensiones lineares. Son utilizados para llevar un registro de las velocidades del elemento que tengamos en estudio, que nos permita saber si está trabajando de forma adecuada. Con este tipo de instrumentos evitariamos que se detenga la maquinaria, pudiendo hacer un mantenimiento en el momento adecuado. También se pueden emplear para conocer distancias recorridas por ruedas, engranes o bandas.

Existen dos tipos de tacómetros muy utilizados: el tacómetro óptico y el tacómetro de contacto.

El tacómetro óptico mide con precisión la velocidad rotatoria (RPM) usando un haz de luz visible, puede ser usado a una distancia de hasta 8 m en un elemento rotatorio. La construcción robusta, portabilidad y características notables del tacómetro óptico, lo hacen la opción ideal para el departamento de mantenimiento, operadores de maquinas y varias otras aplicaciones en maquinarias.
El tacómetro de contacto mide con precisión la velocidad rotatoria y de superficies, así como longitud. El interruptor incorporado del selector permite que el usuario exhiba lecturas en una amplia variedad de unidades de medidas. La medición con contacto se lleva a cabo por medio de un adaptador mecánico con cabeza o con rueda de medición.


Este tipo de instrumentos son óptimos para establecer las revoluciones de máquinas, piezas e instalaciones giratorias (por ejemplo: cintas transportadoras, motores y mecanismos accionados por correas, entre otros).

Además, los dos tipos de tacómetros tienen la característica que al medir las revoluciones y velocidades, las graban directamente con el software para posteriormente hacer una valoración en la computadora.

La importancia de estos equipos radica en que cuando medimos las velocidades en RPM estamos controlando la velocidad adecuada de los equipos, esto permite una operación continua del equipo, evitando así los paros innecesarios que repercutirían en grandes costos.

Fuentes:

http://www.ampere.com.mx/subseccion.php?IdSeccion=4

http://www.pce-iberica.es/medidor-detalles-tecnicos/instrumento-de-revolucion/tacometro-dt-2236.htm

[url]http://www.pce-iberica.es/medidor-detalles-tecnicos/instrumento-de-revolucion/tacometro-pce-155.htm

http://www.pce-iberica.es/instrumentos-de-medida/metros/tacometros-de-mano.htm

http://www.oit.org.mx/simapro/pdf/manual/perfil/guias/GUIA_MEDICION.PDF

http://www.monografias.com/trabajos24/instrumentos-medicion/instrumentos-medicion.shtml

http://www.abq-instrumentos.com/tacometro/tacometro-cdt-1000.html

Ultima edición por torres.electronico el Mie Jun 18, 2008 2:38 pm, editado 1 vez

LOS MEDIDORES DE FLUJO

Existen en el mercado diversos tipos de medidores de flujo o caudal. Para el comprador técnico a veces es difícil decir que criterio tomar en cuanta para su compra. Este artículo busca explicar los criterios que deben tomarse en cuenta.
Factores para la elección del tipo de medidor de flujo

Rango: los medidores disponibles en el mercado pueden medir flujos desde varios mililitros por segundo (ml/s) para experimentos precisos de laboratorio hasta varios miles de metros cúbicos por segundo (m3/s) para sistemas de irrigación de agua o agua municipal o sistemas de drenaje. Para una instalación de medición en particular, debe conocerse el orden de magnitud general de la velocidad de flujo así como el rango de las variaciones esperadas.

Exactitud requerida: cualquier dispositivo de medición de flujo instalado y operado adecuadamente puede proporcionar una exactitud dentro del 5 % del flujo real. La mayoría de los medidores en el mercado tienen una exactitud del 2% y algunos dicen tener una exactitud de más del 0.5%. El costo es con frecuencia uno de los factores importantes cuando se requiere de una gran exactitud.

Pérdida de presión: debido a que los detalles de construcción de los distintos medidores son muy diferentes, éstos proporcionan diversas cantidades de pérdida de energía o pérdida de presión conforme el fluido corre a través de ellos. Excepto algunos tipos, los medidores de fluido llevan a cabo la medición estableciendo una restricción o un dispositivo mecánico en la corriente de flujo, causando así la pérdida de energía.

Tipo de fluido: el funcionamiento de algunos medidores de fluido se encuentra afectado por las propiedades y condiciones del fluido. Una consideración básica es si el fluido es un líquido o un gas. Otros factores que pueden ser importantes son la viscosidad, la temperatura, la corrosión, la conductividad eléctrica, la claridad óptica, las propiedades de lubricación y homogeneidad.

Calibración: se requiere de calibración en algunos tipos de medidores. Algunos fabricantes proporcionan una calibración en forma de una gráfica o esquema del flujo real versus indicación de la lectura. Algunos están equipados para hacer la lectura en forma directa con escalas calibradas en las unidades de flujo que se deseen. En el caso del tipo más básico de los medidores, tales como los de cabeza variable, se han determinado formas geométricas y dimensiones estándar para las que se encuentran datos empíricos disponibles. Estos datos relacionan el flujo con una variable fácil de medición, tal como una diferencia de presión o un nivel de fluido.
Tipos de medidores de flujo
MEDIDORES DE FLUJO DE CABEZA VARIABLE

Estos medidores funcionan en base a que cuando una corriente de fluido se restringe, su presión disminuye por una cantidad que depende de la velocidad de flujo a través de la restricción, por lo tanto la diferencia de presión entre los puntos antes y después de la restricción puede utilizarse para indicar la velocidad del flujo. Los tipos más comunes de medidores de cabeza variable son el tubo venturi, la placa orificio y el tubo de flujo.
MEDIDORES DE FLUJO DE AREA VARIABLE
Rotámetro

El rotámetro es un medidor de área variable que consta de un tubo transparente que se amplia y un medidor de "flotador" (más pesado que el líquido) el cual se desplaza hacia arriba por el flujo ascendente de un fluido en la tubería. El tubo se encuentra graduado para leer directamente el caudal. La ranuras en el flotador hace que rote y, por consiguiente, que mantenga su posición central en el tubo. Entre mayor sea el caudal, mayor es la altura que asume el flotador.
Fluxómetro de Trubina

El fluido provoca que el rotor de la turbina gire a una velocidad que depende de la velocidad de flujo. Conforme cada una de las aspas de rotor pasa a través de una bobina magnética, se genera un pulso de voltaje que puede alimentarse de un medidor de frecuencia, un contador electrónico u otro dispositivo similar cuyas lecturas puedan convertirse en velocidad de flujo. Velocidades de flujo desde 0.02 L/min hasta algunos miles de L/min se pueden medir con fluxómetros de turbina de varios tamaños.
Fluxómetro de Vortice

Una obstrucción chata colocada en la corriente del flujo provoca la creación de vortices y se derrama del cuerpo a una frecuencia que es proporcional a la velocidad del flujo. Un sensor en el fluxómetro detecta los vortices y genera una indicación en la lectura del dispositivo medidor.

La diferencia en velocidad provoca que se generen capas de corte las cuales eventualmente se rompen en vortices en forma alternada sobre los dos lados del elemento de derramamiento. La frecuencia de los vortices creados es directamente proporcional a la velocidad del flujo y, por lo tanto, a la frecuencia del flujo del volumen.

Unos sensores colocados dentro del medidor detectan las variaciones de presión alrededor de los vortices y generan una señal de voltaje que varia a la misma frecuencia que la de derramamiento del vortice. La señal de salida es tanto un cadena de pulsos de voltaje como una señal analógica de cd (corriente directa).

Los sistemas de instrumentación estándar con frecuencia utilizan una señal analógica que varia desde 4 hasta 20 mA cd (miliamperes de cd). Para la salida de pulso el fabricante proporciona un fluxómetro de factor-K que indica los pulsos por unidad de volumen a través del medidor.
FLUXOMETROS DE VELOCIDAD

Algunos dispositivos disponibles comercialmente miden la velocidad de un fluido en un lugar específico más que una velocidad promedio.
TUBO PITOT

Cuando un fluido en movimiento es obligado a pararse debido a que se encuentra un objeto estacionario, se genera una presión mayor que la presión de la corriente del fluido. La magnitud de esta presión incrementada se relaciona con la velocidad del fluido en movimiento. El tubo pitot es un tubo hueco puesto de tal forma que los extremos abiertos apuntan directamente a la corriente del fluido. La presión en la punta provoca que se soporte una columna del fluido. El fluido en o dentro de la punta es estacionario o estancado llamado punto de estancamiento.

Solo se requiere la diferencia entre la presión estática y la presión de estancamiento para calcular la velocidad, que en forma simultánea se mide con el tubo pitot estático.
FLUXOMETRO ELECTROMAGNÉTICO

Su principio de medida esta basado en la Ley de Faraday, la cual expresa que al pasar un fluido conductivo a través de un campo magnético , se produce una fuerza electromagnética (F.E.M.), directamente proporcional a la velocidad del mismo, de donde se puede deducir también el caudal.

Está formado por un tubo, revestido interiormente con material aislante. Sobre dos puntos diametralmente opuestos de la superficie interna se colocan dos electrodos metálicos, entre los cuales se genera la señal eléctrica de medida. En la parte externa se colocan los dispositivos para generar el campo magnético, y todo se recubre de una protección externa, con diversos grados de seguridad .

El flujo completamente sin obstrucciones es una de las ventajas de este medidor. El fluido debe ser ligeramente conductor debido a que el medidor opera bajo el principio de que cuando un conductor en movimiento corta un campo magnético, se induce un voltaje.
FLUXOMETRO DE ULTRASONIDO

Consta de unas Sondas, que trabajan por pares, como emisor y receptor. La placa piezo- cerámica de una de las sondas es excitada por un impulso de tensión, generándose un impulso ultrasónico que se propaga a través del medio líquido a medir, esta señal es recibida en el lado opuesto de la conducción por la segunda sonda que lo transforma en una señal eléctrica.

El convertidor de medida determina los tiempos de propagación del sonido en sentido y contrasentido del flujo en un medio líquido y calcula su velocidad de circulación a partir de ambos tiempos. Y a partir de la velocidad se determina el caudal que además necesita alimentación eléctrica.

Hay dos tipos de medidores de flujo por ultrasonido:

DOPPLER: Miden los cambios de frecuencia causados por el flujo del líquido. Se colocan dos sensores cada uno a un lado del flujo a medir y se envía una señal de frecuencia conocida a través del líquido. Sólidos, burbujas y discontinuidades en el líquido harán que el pulso enviado se refleje, pero como el líquido que causa la reflexión se está moviendo la frecuencia del pulso que retorna también cambia y ese cambio de frecuencia será proporcional a la velocidad del líquido.

TRÁNSITO: Tienen transductores colocados a ambos lados del flujo. Su configuración es tal que las ondas de sonido viajan entre los dispositivos con una inclinación de 45 grados respecto a la dirección de flujo del líquido.

La velocidad de la señal que viaja entre los transductores aumenta o disminuye con la dirección de transmisión y con la velocidad del líquido que está siendo medido Tendremos dos señales que viajan por el mismo elemento, una a favor de la corriente y otra en contra de manera que las señales no llegan al mismo tiempo a los dos receptores.

Se puede hallar una relación diferencial del flujo con el tiempo transmitiendo la señal alternativamente en ambas direcciones. La medida del flujo se realiza determinando el tiempo que tardan las señales en viajar por el flujo.

Los medidores de Dynamic Consultant son unos de los medidores de flujo tipo Transit Time más populares en el mundo. Utiliza la señal digital de procesamiento (DSP) en combinación con el principio de correlación digital, su tecnología y características de funcionamiento son excepcionales y su operación es simple. El medidor de flujo es capaz de registrar más de 40,000 puntos de flujo y está programado para diferentes intervalos. Puede ser para operación de hasta 16 horas y es completamente recargable en menos de 8 horas. Aplicable en: HVAC, agua potable, líquidos ultrapuros, agua deionizada, productos del petróleo, agua tratada y/o residual. Programa o software D'link en ambiente Windows, para análisis de estadísticas de medición de flujo y presentación de gráficas en Excel.

Ultima edición por torres.electronico el Mie Jun 18, 2008 2:40 pm, editado 1 vez

Medidores acústicos de flujo: medidores Doppler y Tiempo en Tránsito

Los medidores acústicos de efecto Doppler miden la velocidad de las partículas, ya sean sólidos en suspensión o burbujas de aire, que se desplazan en un fluido en movimiento.

Un transductor emisor emite señales acústicas de frecuencia conocida, que son reflejadas por las partículas en movimiento y que son captadas por un transductor receptor.

Se analizan los cambios de frecuencia que se presentan entre la señal emitida y la recibida y el resultado promedio de estos cambios se relacionan directamente con la velocidad media de las partículas que se están moviendo dentro del fluido, proporcionando de esta manera la velocidad media del flujo.

Existen por lo general dos tipos de medidores ultrasónicos que son empleados para medir el flujo en conductos a presión.

El primero de ellos, denominado TIEMPO EN TRÁNSITO o TRANSIT TIME, emplea señales acústicas mediante la trasmisión de pulsos. En cambio, el de efecto Doppler emplea la trasmisión de una onda continua. Estos dos tipos de medidores pueden ser considerados como complementarios, mas que competitivos. Los medidores acústicos de efecto Doppler fueron considerados más versátiles en un inicio, debido a su funcionalidad en flujos con una gran cantidad de aire y sólidos en suspensión. Sin embargo, y debido al desarrollo de computadoras que permiten la trasmisión de micro-impulsos y una mayor precisión bajo circunstancias difíciles de flujo, los medidores de tiempo en transito han recibido una mayor aceptación en tiempos recientes, siendo desarrollados prototipos con menor costo y mas precisión que los de efecto Doppler.
Aplicaciones de los medidores de flujo de tiempo en tránsito

Sus aplicaciones son muy variadas e incluyen entre otras:

Agua potable: medición de flujo de agua extraída de ríos o fuentes naturales, adición de cloro para potabilización (medición de flujos muy bajos en fluidos altamente corrosivos).

Extracción de petróleo: medición de flujo y detección de fugas en oleoductos.

Industria papelera: medición de flujo de químicos anticoagulantes basados en agua o silicón con alta viscosidad , medición de flujo de sosa cáustica y ácidos.

Plantas generadoras de energía: medición de flujo de agua de enfriamiento, optimización de energía.

Plantas químicas: medición de flujo de ácido sulfúrico concentrado.

Plataformas marinas: separación de crudo y gas natural.

Tratamiento de agua residual: adición de polímeros coagulantes para tratamiento de lodos, medición de flujo de lodos.

Dynamic Consultant ofrece uno de los medidores de flujo tipo Transit Time más populares en el mundo.

Utiliza la señal digital de procesamiento (DSP) en combinación con el principio de correlación digital, su tecnología y características de funcionamiento son excepcionales y su operación es simple. El medidor de flujo es capaz de registrar más de 40,000 puntos de flujo y está programado para diferentes intervalos. Puede ser para operación de hasta 16 horas y es completamente recargable en menos de 8 horas.

Aplicable en: HVAC, agua potable, líquidos ultrapuros, agua deionizada, productos del petróleo, agua tratada y/o residual. Programa o software D'link en ambiente Windows, para análisis de estadísticas de medición de flujo y presentación de gráficas en Excel.

Ultima edición por torres.electronico el Mie Jun 18, 2008 2:41 pm, editado 1 vez

TEORIA DE ERRORES EN LAS MEDICIONES

La teoría de errores constituye una rama del conocimiento científico que, a los efectos de la enseñanza, queda en un terreno intermedio entre el de las teorías científicas y el de la práctica experimental.
En cursos teóricos (Teoría de los Números Aproximados, Cálculo Diferencial, Estadística) se analizan, en forma disgregada, elementos de la Teoría de Errores (confiabilidad de las cifras, cálculo con cantidades pequeñas, desviaciones probables, etc.), con un enfoque más cercano a los muestreos poblacionales de parámetros sociales y económicos que al de la instrumentación científica. Por otra parte, en los laboratorios docentes la preocupación fundamental de los profesores radica en las técnicas Instrumentales y en la verificación experimental de leyes, analizadas en los cursos teóricos de la ciencia correspondiente. En cada experimento se sugiere al estudiante valorar los errores que más influyen en él, explicitando estos en cada caso: a veces, errores casuales, a veces, sistemáticos rectificables; otras veces, errores de apreciación de los instrumentos; otras, los de método. Y el estudiante va adquiriendo una visión fragmentada de todos los tipos de errores, pero sin una clara noción de cómo se vinculan, y cuándo tener en cuenta sólo a unos y no a los otros.
Los métodos para procesar todos estos tipos de errores se van analizando también disgregadamente, de acuerdo con cada experimento específico estudiado, y de acuerdo con el enfoque del profesor de cada laboratorio.
En fin de cuentas, el modo de evaluar los errores y el de procesarlos es, a veces, tan variado como lo sean los profesores por los que ha pasado un estudiante. Y se espera que éste, ya sea científico o ingeniero, adquiera la formación correcta en el tratamiento de los errores de medición.
Un paso fundamental en la enseñanza de un tema, o asignatura, con enfoque sistemático, es dejar establecida al inicio, en forma de recuadro, la estructura completa del contenido a tratar, que muestre los vínculos y engranajes de unas partes con otras, y explicar, sin profundidades, en qué consiste cada parte. Después, durante el curso, se estudia cada parte consignada en el recuadro inicial, que se retoma durante el curso tantas veces como se requiera.


Incertidumbre de las Medidas
La limitación de los elementos físicos disponibles para realizar un sistema de medida hacen que las señales de salida discrepen de las que se obtendrían con un sistema ideal. Estas discrepancias se denominan errores y, dado que algunas de ellas son inevitables, el objetivo es reducirlas de modo que a partir de la salida se pueda determinar el valor de la entrada con una incertidumbre aceptable. El número de cifras con que se exprese un resultado debe concordar con la incertidumbre que tenga asociada.
os errores de un sistema se determinan a partir de su calibración, que consiste en aplicarle entradas conocidas y comparar su salida con la obtenida con un sistema de medida de referencia, más exacto.
Las medidas nunca permiten obtener el “verdadero valor” de la magnitud que se mide. Esto es debido a multitud de razones. Las más evidentes son las imperfecciones, inevitables en un cierto grado, de los aparatos y de nuestros sentidos. El “verdadero valor” de una magnitud no es accesible en la realidad y por ello resulta más propio hablar de estimaciones, medidas o aproximaciones del valor de una magnitud. Independientemente de estas consideraciones, en el ámbito de la Instrumentación se sabe que no tiene sentido hablar del valor de una magnitud, sino sólo de la probabilidad de obtener uno u otro valor en una determinada medida de esta magnitud. Esto no es el resultado de las imperfecciones de los aparatos, sino de la propia esencia de la naturaleza. Este carácter probabilístico de las magnitudes se hace patente a nivel microscópico.
La consecuencia de las consideraciones anteriores, es que toda medida es incierta o está dotada de un cierto grado de incertidumbre. Es esencial estimar ésta incertidumbre, primero porque el conocimiento de la incertidumbre aumenta la información que proporciona la medida, y segundo, porque este conocimiento permite manejar las medidas con la prudencia que dicta el conocimiento de la confianza que nos merecen.
Cuando se exprese el resultado de una medida es pues necesario especificar tres elementos: número, unidad e incertidumbre. La ausencia de alguna de ellas elimina o limita la información que proporciona.
Según su naturaleza los errores pueden ser sistemáticos o aleatorios.

Error Sistemático
Un error sistemático tiene siempre la misma amplitud cuando las condiciones del sistema son las mismas, o bien varía de acuerdo con una ley conocida cuando una de dichas condiciones cambia de una forma predeterminada.
Pueden surgir de emplear un método inadecuado, un instrumento defectuoso o bien por usarlo en condiciones para las que no estaba previsto su uso. Por ejemplo, emplear una regla metálica a una temperatura muy alta, puede introducir un error sistemático si la dilatación del material hace que su longitud sea mayor que la nominal. En este caso, todas las medidas pecarán (sistemáticamente) por defecto. El error podría evitarse eligiendo un material de coeficiente de dilatación bajo o controlando la temperatura a la que se mide.
Un error sistemático por ejemplo, son las resistencias reales del modelo del sistema de medida y que se suman o interfieren en el proceso de medida.
Medir temperaturas con un termómetro graduado en grados Farenhait, suponiendo por equivocación que está graduado en grados Celsius, introduce también un error sistemático en la medida. El error se evita en este caso recabando información sobre la escala del termómetro.
Los errores sistemáticos no son objeto de la teoría de errores. Realmente son equivocaciones que pueden y deben evitarse, empleando métodos e instrumentos de medida correctos y adecuados a los fines que se deseen obtener.

Error Aleatorio
Un error aleatorio tiene una magnitud que cambia de unas a otras ocasiones a pesar de que las condiciones del sistema sean las mismas.
Los errores aleatorios se manifiestan cuando se mide repetidamente la misma magnitud con el mismo instrumento y el mismo método, y presentan las siguientes propiedades:

_Los errores aleatorios positivos y negativos de igual valor absoluto tienen la misma probabilidad del producirse.
_Los errores son tanto menos probables cuando mayor sea su valor.

Al aumentar el número de medidas, la media aritmética de los errores aleatorios de una muestra tiende a cero.
Para un método de medida determinado, los errores aleatorios no exceden de cierto valor. Las medidas que lo superan deben repetirse y, en su caso, estudiarse por separado.
La calibración permite corregir los errores sistemáticos y estimar la magnitud de los errores aleatorios (pero no corregirlos).

Errores Estáticos y Errores Dinámicos

Según que se manifiesten cuando las señales de entrada son lentas o rápidas, los errores se denominan estáticos o dinámicos.
Un error estático afecta a las señales lentas, por ejemplo de frecuencia inferior a 0,01 Hz. Un error dinámico afecta a las señales rápidas, y es una consecuencia de la presencia de elementos que almacenan energía. Dado que en la respuesta dinámica se consideran dos fases, la respuesta transitoria y la respuesta estacionaria, se habla de error dinámico transitorio y error dinámico estacionario.
El error dinámico de un sistema depende de su orden y de la forma de la señal de entrada. Las señales consideradas habitualmente son el escalón, la rampa y las senoidales. Los sistemas de orden cero no tienen error dinámico. Los sistemas de primer y de segundo orden tienen un error dinámico para las entradas en rampa y senoidales, incluso en régimen estacionario, y tienen un error dinámico para las entradas en escalón sólo durante la fase transitoria. En los sistemas de segundo orden la fase transitoria dura tanto más cuanto menor sea el amortiguamiento. El error dinámico para entradas senoidales incluye un retardo y un error de amplitud, pero normalmente al hablar de error dinámico se suele sobrentender el error de amplitud.

Forma de expresar los errores
La magnitud de un error se puede expresar como error absoluto, como error relativo o como error referido a fondo escala. El error absoluto es la diferencia entre el resultado y el verdadero valor (o valor ideal). El error relativo es el cociente entre el error absoluto y el verdadero valor. El error absoluto se expresa a veces como porcentaje de una magnitud de referencia, por ejemplo el valor de fondo de escala. La elección de una u otra forma de expresión depende del tipo de error.

Error Absoluto
Por motivos obvios, y por su propia naturaleza, no es posible determinar exactamente un error. En el mejor de los casos, puede llegarse a una estimación de ese error. Cuando el resultado de una medida se expresa por:


o que se quiere decir es que la magnitud medida se encuentran en el intervalo con una determinada probabilidad. Con una medida logramos acotar el intervalo de valores en los que se encuentra la magnitud que pretendemos medir, pero siempre con una determinada probabilidad. Es evidente que el error expresado por es una magnitud de la misma clase que la medida y se expresa por tanto con la misma unidad. También es claro que en las medidas de calidad normal el error debe ser mucho menor que el valor nominal, x. Por definición es siempre positivo.

Error Relativo[/i][/b]
El error definido arriba se llama error absoluto. Tiene también interés el error relativo, que se define como el cociente del error absoluto, dividido por x.


En medidas de una cierta calidad el error relativo debe ser mucho menor que la unidad. Frecuentemente se expresa multiplicado por 100, con lo que aparece en tanto por ciento del valor medido:


Cifras significativas
Se considera que las cifras significativas de un número son aquellas que tienen significado real o aportan alguna información. Las cifras no significativas aparecen como resultado de los cálculos y no tienen significado alguno. Las cifras significativas de un número vienen determinadas por su error. Son cifras significativas aquellas que ocupan una posición igual o superior al orden o posición del error.
Por ejemplo, consideremos una medida de longitud que arroja un valor de 5432,4764 m con un error de 0,8 m. El error es por tanto del orden de décimas de metro. Es evidente que todas las cifras del número que ocupan una posición menor que las décimas no aportan ninguna información. En efecto, ¿qué sentido tiene dar el número con precisión de diezmilésimas si afirmamos que el error es de casi 1 metro?. Las cifras significativas en el número serán por tanto las que ocupan la posición de las décimas, unidades, decenas, etc, pero no las centésimas, milésimas y diezmilésimas. Cuando se expresa un número debe evitarse siempre la utilización de cifras no significativas, puesto que puede suponer una fuente de confusión. Los números deben redondearse de forma que contengan sólo cifras significativas. Se llama redondeo al proceso de eliminación de cifras no significativas de un número.
Una última forma de expresar el error de un número consiste en afirmar que todas sus cifras son significativas. Esto significa que el error es del orden de media unidad de la última cifra que se muestra. Por ejemplo, si el resultado de una medida de longitud es de 5432,8 m, y afirmamos que todas las cifras son significativas, quiere decirse que el error es del orden de 0,5 m, puesto que la última cifra mostrada es del orden de las décimas de metro.

¿Cómo pueden determinarse las cifras significativas a partir del número que expresa el error?. Hay que tener siempre presente que todo error es una estimación y está por tanto sujeto a su vez a una incertidumbre, generalmente grande. Por esto no tiene sentido especificarlo con excesiva precisión. Salvo casos excepcionales, se expresará con una sola cifra significativa. Sobre cómo redondear números, consultar la sección.

Redondeo de Números
Hemos visto que todos los números resultantes de una medida tienen una cierta incertidumbre. Es necesario eliminar de estos números aquellas cifras que carecen de significado porque el error es mayor que lo que estas cifras significan.
Las reglas que se emplean en el redondeo de números son las siguientes:

Ø Si la cifra que se omite es menor que 5, se elimina sin más.
Ø Si la cifra eliminada es mayor que 5, se aumenta en una unidad la última cifra retenida.
Ø Si la cifra eliminada es 5, se toma como última cifra el número par más próximo; es decir, si la cifra retenida es par se deja, y si es impar se toma la cifra superior.
Ø Algunos ejemplos. Si redondeamos 3,678 a tres cifras significativas, el resultado es 3,68, que está más cerca del original que 3,67. En cambio si el número a redondear, también a tres cifras, fuera 3,673, quedaría 3,67 que es más próximo al original que 3,68. Para redondear 3,675, según la tercera regla, debemos dejar 3,68.
Las dos primeras reglas son de sentido común. La tercera es un convenio razonable porque, si se sigue siempre, la mitad de las veces redondeamos por defecto y la mitad por exceso.
Cuando los números a redondear sean grandes, las cifras eliminadas se sustituyen por ceros. Por ejemplo, el número 3875 redondeado a una cifra significativa resulta 4000. En este caso suele preferirse la notación exponencial, puesto que si escribimos ``4000'' puede no estar claro si los ceros son cifras significativas o no.

Errores de cero, ganancia y de no linealidad
Según su efecto en la característica de transferencia, los errores pueden ser de cero, de ganancia y de no linealidad.
Un error de cero permanece constante con independencia del valor de la entrada. Un error de ganancia es proporcional al valor de la entrada. Un error de no linealidad hace que la característica de transferencia se aparte de una línea recta (suponiendo que sea ésta la característica ideal).




Los errores de cero y de no linealidad se suelen expresar como errores absolutos. Los errores de ganancia se suelen expresar como errores relativos. Dado que normalmente hay errores de todos los tipos, la expresión de la incertidumbre o error total suele incluir un término constante y otro que depende del resultado.

Estimación del Error de una Medida Directa
La estimación del error de una medida tiene siempre una componente subjetiva. En efecto, nadie mejor que un observador experimentado para saber con buena aproximación cuál es el grado de confianza que le merece la medida que acaba de tomar. No existe un conjunto de reglas bien fundadas e inalterables que permitan determinar el error de una medida en todos los casos imaginables. Muchas veces es tan importante consignar cómo se ha obtenido un error como su propio valor.
Sin embargo, la aplicación de algunos métodos estadísticos permite objetivar en gran medida la estimación de errores aleatorios. La estadística permite obtener los parámetros de una población (en este caso el conjunto de todas las medidas que es posible tomar de una magnitud), a partir de una muestra (el número limitado de medidas que podemos tomar).

Mejor valor de un conjunto de Medidas
Supongamos que medimos una magnitud un número n de veces. Debido a la existencia de errores aleatorios, las n medidas serán en general diferentes.
El método más razonable para determinar el mejor valor de estas medidas es tomar el valor medio. En efecto, si los errores son debidos al azar, tan probable es que ocurran por defecto como por exceso, y al hacer la media se compensarán, por lo menos parcialmente. El valor medio se define por:

y este es el valor que deberá darse como resultado de las medidas.

Dispersión y Error. Desviación Estándar
Evidentemente, el error de la medida debe estar relacionado con la dispersión de los valores; es decir, si todos los valores obtenidos en la medición son muy parecidos, es lógico pensar que el error es pequeño, mientras que si son muy diferentes, el error debe ser mayor.
Adoptando un criterio pesimista, podría decirse que el error es la semi diferencia entre el valor máximo y el mínimo.
Este error es sin embargo excesivamente grande, además de que el criterio utilizado es discutible. Parece más apropiado tomar como error la desviación media, es decir, el valor medio de la diferencia de los datos respecto al valor central. Sin embargo, como los datos difieren tanto por defecto como por exceso del valor medio, tal desviación se aproximaría a cero. Para evitarlo suele tomarse, no el valor medio de las desviaciones, sino el valor medio de las desviaciones al cuadrado. De esta forma todos los sumandos son positivos. Para que la unidad de este número sea homogénea con la de los datos, se extrae la raíz cuadrada. El valor resultante se llama desviación típica o desviación estándar del conjunto de datos.


Cuando el número de datos es pequeño, suele preferirse el cálculo de la desviación estándar por la ecuación:


La primera suele llamarse desviación estándar de población, y la segunda desviación estándar muestral. Uno de los motivos de preferir la segunda, es que cuando medimos una sola vez, el resultado de la ecuación 6 es , es decir un número indefinido. Efectivamente, midiendo una magnitud una sola vez, no tenemos información alguna sobre su error, y por lo tanto éste debe permanecer indefinido. Sin embargo la expresión 5 conduciría a un error nulo.
Las dos expresiones se emplean, aunque en la práctica, y si el número de medidas es grande, la diferencia entre emplear una u otra es muy pequeña. La más empleada es la segunda, ecuación 6 y es la que usaremos nosotros.

Significado de la Desviación Estándar. La Distribución Normal
Los valores de la desviación estándar que hemos calculado en la sección anterior, son realmente estimadores de este parámetro. El conjunto de las medidas de una magnitud, siempre que exista un error accidental, pueden caracterizarse por medio de una distribución estadística. Cuando el error es debido a un gran número de pequeñas causas independientes, la distribución se aproxima a la llamada distribución normal.
La forma de representar en estadística una distribución es representando en abscisas el conjunto de valores que pueden obtenerse en una medida y en ordenadas la probabilidad de obtenerlos. En el caso de que la magnitud medida varíe de forma continua, en ordenadas se representa la probabilidad por unidad de intervalo de la magnitud medida.
La función de densidad de la distribución normal tiene el aspecto reflejado en la figura 4. Recibe también el nombre de campana de Gauss debido a su forma. Está caracterizada por dos parámetros: media y desviación estándar. La media es el valor que con mayor probabilidad aparecerá en una medida. La desviación estándar refleja lo abierta o cerrada que es la campana de Gauss correspondiente. Una distribución muy cerrada se corresponde con una serie de medidas muy poco dispersas, y por tanto con poco error. Por el contrario si la distribución es abierta, la desviación estándar es grande.
Una de las propiedades de la distribución normal es que la probabilidad que encierra en el intervalo es del 68.3 % aproximadamente. Es decir, es de esperar que el 68.3 % de las medidas de una magnitud estén comprendidas en ese intervalo. Dicho de otra forma, si medimos una magnitud un número grande de veces, el 68.3 % de los valores obtenidos estarán comprendidos en el entorno de una desviación estándar en torno a la media. La probabilidad se amplía al 95.4 % y al 99.7 % si consideramos los intervalos y respectivamente.

Figura 4: Función de densidad de una distribución normal

El error expresado por la desviación estándar tiene por tanto un significado probabilístico: hay una probabilidad del 68% de que una medida esté en el entorno de una desviación estándar alrededor de la media.
La distribución normal aparece con frecuencia en las medidas de magnitudes, pero no siempre. La distribución de una serie de medidas se aproxima a una normal siempre y cuando la fuente de error sea la superposición de muchas pequeñas causas independientes. Si hay una o varias causas de error predominantes o si las causas de error no son independientes, se dice que las medidas presentan un sesgo, y la distribución puede muy bien ser otra. Es muy frecuente encontrar distribuciones de medidas no simétricas, con dos o más máximos, etc.
Conviene insistir finalmente en que no es posible determinar la media y la desviación estándar de una distribución, sino solamente estimarlas.

Medidas sin dispersión. Error de lectura o instrumental
En ocasiones la repetición de la medida de una magnitud conduce siempre al mismo valor. Como ejemplo, consideremos la medida de la longitud de un objeto con una regla graduada en milímetros. Si la medida se realiza con cierta atención, todas las medidas del objeto proporcionan el mismo valor. Es evidente que en este caso la teoría anterior no resulta aplicable, porque al ser nula la dispersión, la desviación estándar resulta igual a cero. En estos casos, la fuente de error no está en la superposición de muchas causas aleatorias, sino en la sensibilidad del aparato de medida.
En efecto, el hecho de que todas las medidas sean iguales no indica en general que no haya error accidental, sino que éste es demasiado pequeño para quedar reflejado en el aparato. En el ejemplo anterior, si el error accidental de las medidas es del orden de 0,001 mm es evidente que la regla no podrá apreciarlo, resultando todas las medidas iguales. En estos casos es necesario estimar el error debido a la sensibilidad finita del aparato de medida.
Se llama sensibilidad de un aparato a la mínima variación de la magnitud medida que es capaz de detectar. En los instrumentos analógicos coincide frecuentemente con la mínima división de la escala. En el ejemplo anterior la sensibilidad de la regla es de 1 mm.
Suele llamarse apreciación al máximo error que puede cometerse debido a la sensibilidad del aparato. Generalmente se considera como la mitad de la sensibilidad. Esto puede comprenderse con un ejemplo. Supongamos un voltímetro de 0,1 V de sensibilidad, cuya aguja indica una tensión comprendida entre 2,1 V y 2,2 V, es decir, la aguja señala un punto intermedio entre las dos marcas o divisiones de la escala. Si el aparato está bien diseñado, una persona con apreciación visual media debe ser capaz de decidir si la aguja está más cerca de 2,1 V o de 2,2 V. Cometeremos el máximo error cuando la aguja se encuentre justamente en el centro de las dos divisiones. En tal caso el error de dar como lectura 2,1 V o 2,2 V es de 0,05 V, es decir la mitad de la sensibilidad.
Hemos visto que cuando el error instrumental es mucho mayor que el accidental, éste queda enmascarado por aquel. El efecto inverso es también posible. Por tanto, en los casos en que el error accidental de una medida sea mucho mayor que el instrumental, sólo consideraremos el error accidental.

Propagación de Errores
Las operaciones matemáticas con números inciertos dan lugar a resultados también inciertos, y es importante poder estimar el error de los resultados a partir de los errores de los números con los que se opera.
Consideremos un ejemplo sencillo para ilustrar este tema. Supongamos que se mide el lado (x) de una parcela de terreno cuadrada, y a partir de esta medida quiere obtenerse su superficie (y). La medida del lado llevará aparejada un error, que puede ser de origen accidental, instrumental o combinación de ambos. Admitamos que el lado mide 8 m y que el error es de 1 m. El valor de la superficie es por tanto de 64 m2, y estamos interesados en estimar su error.
El error en la medida del lado puede interpretarse como el radio de un entorno alrededor del valor nominal, en cuyo interior estará el valor del lado con una determinada probabilidad. Si proyectamos este entorno sobre la curva obtendremos otro entorno en el eje de ordenadas que representa el error de la superficie. Inspeccionando la figura llegamos a la conclusión de que el error de la superficie es de algo más de 15 m2.
En una medida de precisión normal, el error es lo suficientemente pequeño como para poder sustituir la curva por la recta tangente a la curva. La relación entre el error de y y el error de x será entonces la pendiente de la curva en el punto de interés. Como el valor del lado es 8, el error de la superficie (y) es 16 veces el error del lado.
En un caso más general tendremos dos o más variables en lugar de sólo una. Por ejemplo, si la parcela anterior es rectangular en vez de cuadrada, la superficie es función de dos variables: la base (x) y la altura (y). La medida de cada una de estas dos variables tendrá un cierto error, que se propagará al valor de la superficie: S=x.y.

Ultima edición por torres.electronico el Mie Jun 18, 2008 2:43 pm, editado 1 vez

Generalidades de los Sistemas de Medida

1. Descripción de un sistema de medida y control.
En todo proceso industrial o no, se presentan innumerables situaciones en las que se necesita conocer el estado o valor de las variables del proceso con el fin de poder actuar sobre ellas para garantizar obtener los resultados deseados. En un tanque de agua, por ejemplo (figura 1), existe un proceso que garantiza que siempre haya agua al nivel deseado. Este proceso está formado por un sistema electrónico o no que registra, capta o sensa el nivel del agua en el tanque. El resultado puede o no ser visualizado pero su magnitud o valor es proporcional al valor de la variable física medida: el nivel del agua. Este resultado será utilizado por otro sistema que se encargará de decidir si el nivel del agua es el adecuado. Finalmente, habrá otro sistema que se encargará de ejecutar la decisión del sistema anterior: Si el nivel del agua es muy baja, abrirá una válvula para subirlo, y si es muy alto, cerrará una válvula para bajarlo.


2. Identificación del sistema de medida y sus bloques constitutivos.
Un sistema de medida es la combinación de dos o más elementos, subconjuntos y partes necesarias para realizar la asignación efectiva y empírica de un número a una propiedad o cualidad de un objeto o evento, de tal forma que la describa [Pallas, Sensores].
Es decir, el resultado dela medida debe ser independiente del observador (objetiva) y basada en la experimentación (empírica).
Toda medición exige tres funciones básicas: adquirir la información, mediante un elemento sensor o transductor, procesar dicha información y presentar los resultados, de forma que puedan ser percibidos por nuestros sentidos. Puede haber, además, transmisión, si cualquiera de estas funciones se realiza de forma remota (figura 2).



A pesar de que la figura 3 muestra el sistema de medida conformado por diversos subsistemas, no siempre estos pueden ser identificados como unidades físicas separadas. Por lo que se introduce un concepto más amplio, como el de interfaz, que no es mas que el conjunto de elementos que modifica las señales pero sin cambiar su naturaleza. De esta forma la interfaz puede combinar las funciones expresadas en el recuadro de la figura 2 pero en un solo circuito o en varios circuitos combinados.

2.1. Definición de cada bloque constitutivo:
Transductor: dispositivo que convierte una señal de una forma física en una señal correspondiente pero de otra forma física.
Se prefieren los transductores electrónicos ya que :
La variación de un parámetro no eléctrico de un material viene acompañada por la variación de un parámetro eléctrico .
Para no extraer energía del sistema donde se mide es preferible usar componentes electrónicos cuyas señales pueden ser posteriormente ampliadas.
También es posible agregar múltiples funciones de acondicionamiento.
La transmisión es mucho más versátil.
Un sensor es un dispositivo que , a partir de la energía del medio donde se mide, da una señal transducible que es función de la variable medida.
Un sensor es un transductor de entrada. Si la conversión de señal es para modificar una condición o parámetro del sistema, se dice que el transductor es un actuador.
Otra distinción importante es la diferenciación entre el elemento primario y sensor electrónico.
La palabra “elemento primario” se usa a nivel industrial para referirse al dispositivo que está en contacto directo con el medio que se mide: de hecho es un sensor. En cambio, el sensor electrónico como tal, no tiene por que estar en contacto con el medio que se mide. En estos casos, el elemento primario convierte la variable de medida en una señal de medida, y el sensor