Taller Instrumentacion

DESARROLLO UNIDAD 1 FASE 2 INSTRUMENTACION

DIEGO DIAZ GUTIERREZ 1057590736 203038A_360

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD CEAD SOGAMOSO 10 de marzo del 2017

INTRODUCCION Los diferentes procesos industriales exigen el control de la fabricacion de los diversos productos obtenidos, para lograr esto es necesario controlar las diversas magnitudes que intervienen en dicho proceso, como la presion caudal temperatura nivel ph velocidad conductividad punto de rocio etc, Para obtener un control permanente de dichas magnitudes y lograr la calidad y veneficios de los productos intervienen diferentes instrumentos, capaces de regular y controlar el proceso de fabricacion, mejorando tanto la calidad como la eficiencia y productividad de las diferentes fabricas, por eso es de vital inportancia para nuestro curso de instrumentacion conocer los distintos instrumentos de medicion y control, su funcionamiento, definiciones, especificaciones y magnitudes que pueden medir

Unidad 1: Sistemas de Instrumentación - Fase 2 1. Seleccione uno de los siguientes bloques de instrumentación, explique detalladamente su función

un

sistema

de

Trasmisor de señal: son los encargados de captar la variable de proceso atraves de un elementó primario (sensor) y la transmiten a distancia en forma de señales neumáticas de margen de 3 a 15 psi, electrónicas de 4.20ma corriente continua o señales digitales atraves de los diferentes protocolos de comunicación Muchas veces los elementos primarios forman ya parte de los componentes de un transmisor Los transmisores son instrumentos que captan la variable de proceso y la transmiten a distancia a un instrumento receptor, tal como un: indicador, registrador, controlador o una combinación de éstos. Un sistema transmisor consiste generalmente en: a) Un elemento primario o detector de variaciones de la magnitud a medir. b) El elemento transmisor, algunas veces lleva incorporado el elemento detector.

c) El elemento receptor de las distintas magnitudes de la variable a medir (indicador, registrador, totalizador,

Los transmisores se clasifican en: • Transmisor de equilibrio de movimientos (neumáticos). • Transmisor de equilibrio de fuerzas (neumáticos). • Detector de posición de inductancia. • Transformador diferencial. • Transmisores inteligentes.

Transmisores neumáticos Este tipo de transmisores tiene una configuración basada en el sistema toberaobturador. El movimiento del obturador regula la señal de salida en función de la señal de entrada, permitiendo o no el paso de la señal neumática. Genera una señal variable linealmente de 3 a 15 psi, para un campo de medida de 0-100% de la variable, esto quiere decir que si nuestra variable medida tiene una señal nula, nuestro transmisor arrojara una señal con presión de 3 psi. Esta señal está normalizada por la SAMA, Asociación de fabricantes de instrumentos (Scientific Apparatus Makers Association) y ha sido adoptada en general por los fabricantes de transmisores y controladores neumáticos en Estados Unidos. En los países que utilizan el sistema métrico decimal se emplea además la señal 0,2.1 bar (1 bar =1,02 kg/cm²) que equivale aproximadamente a 3-15 psi (3 psi =0,206 bar o 0,21 kg/cm², 15 psi = 1,033 bar o 1,05 kg/cm²

En la imagen podemos ver como este transmisor consiste de un tubo alimentado neumáticamente a una presión constante Psi, con una reducción en la salida en forma de tobera, la cual puede ser obstruida por una lámina llamada obturador, de cuya posición depende el elemento de medida. Las ventajas de utilizar un transmisor neumático son que permiten una transmisión segura en ambientes peligrosos, insensibles a la contaminación electromagnética e inicialmente son de menor costos que los eléctricos.

Sus desventajas se basan en la compresibilidad del aire, ya que ocasionan una transmisión lenta, además de ser sensible a condiciones de aire como humedad y suciedad. Transmisor de equilibrio de movimientos Este dispositivo compara el movimiento del elemento de medición asociado al obturador con un fuelle de realimentación de la presión de la tobera. El conjunto se estabiliza según la diferencia de movimientos alcanzando siempre una posición de equilibrio tal que existe una correspondencia lineal entre la variable y la señal de salida. Hay que señalar que en este tipo de transmisores, las palancas deben ser livianas, pero bastantes fuertes para que no se doblen.

Transmisor de equilibrio de fuerzas En la siguiente figura se puede observarse que el elemento de medición ejerce una fuerza en el punto A sobre la palanca AC que tiene su punto de apoyo en D. Cuando aumenta la fuerza ejercida por el elemento de medición la palanca AC se desequilibra, tapa la tobera, la presión aumenta y el diafragma ejerce una fuerza hacia arriba alcanzándose un nuevo equilibrio. En estos transmisores los movimientos son inapreciables ya que se necesita muy poca fuerza para generar movimientos en el sistema.

Transmisores electrónicos Generan una señal estándar de 4-20 mA de c.c., a ser posible lineal. A veces es sustituida por rangos de voltaje de 1-5 volts, de 0-10 volts o de 0-24 volts, esto si

existen problemas de suministro electrónico. La razón por la que se suministra a la entrada nula una corriente de 4 mA es para detectar cortes o fallas en la línea. Entre sus principales ventajas es la alta velocidad de transmisión y su bajo costo, pero a diferencia de los transmisores neumáticos, este tipo de transmisores son sensibles a la contaminación electromagnética.

Transmisor electrónico de equilibrio de fuerzas.

Combina una barra que genera el equilibrio entre las bobinas detectoras y la unidad magnética, además está formado por 2 piezas de ferrita, una en la barra y la otra fijada rígidamente en el chasis del transmisor y contiene una bobina conectada a un circuito oscilador. Cuando aumenta o disminuye el entrehierro, disminuye o aumenta respectivamente la inductancia de la bobina detectora, modulando la señal de salida del oscilador.

El transformador se cierra magnéticamente con la barra de equilibrio de fuerzas. Al variar la presión, cambia la posición de la barra, induciendo tensiones distintas en las dos bobinas, mayor en la bobina arrollada en el polo con menor entrehierro y menor en la opuesta. Las bobinas están conectadas en oposición y la señal de tensión diferencial producida es inducida en un amplificador con transistores que alimenta la unidad magnética de reposición de la barra.

Transmisores inteligentes

Tienen incorporadas funciones adicionales que se añaden a las propias de la medida exclusivas de la variable, que son proporcionadas por un microprocesador. Consiste en una serie de impulsos en forma de bits, que consistirá en 0 y 1, así según el número de bits que tengamos podremos codificar diferente número de niveles.

Basado en la variación de capacidad producida en un condensador formado por dos placas fijas y un diafragma sensible interno y unido a las mismas, cuando se les aplica una presión o presión diferencial a través de un fluido que rellena el interior del condensador. El desplazamiento del diafragma sensible es de solo 0.1 mm como máximo. Un circuito formado por un oscilador y demodulador transforma la variación de capacidad en señal analógica, que es convertida a digital y pasa después a un microprocesador que transforma a la señal analógica de transmisión de 4 – 20 mA de corriente continua

Otro tipo de esto transmisores aprovecha las propiedades eléctricas de los semiconductores al ser sometido a tensiones. El modelo de semiconductor está fabricado a partir de una delgada película de silicio y utiliza técnicas de dopaje para generar una zona sensible a los esfuerzos. Se comporta como un circuito dinámico de puente de Wheatstone aplicable a la medida de presión, presión diferencial y nivel, formado por una pastilla de Silicio en el que se hallan embebidas a las resistencias RA, RB, RC, RD de un puente de Wheatstone. El desequilibrio del puente originado por cambios de variable, da lugar a una señal de salida de 4 – 20 mA de corriente continua. Sus características son:

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Transductor controlado por microprocesador Reconfiguración de rango a distancia Puede ser utilizado como fuente de corriente Auto diagnóstico de sus componentes Configurable por software Base de datos con información del sensor y del proceso Posibilidad de comunicación digital para su configuración Mayor precisión aproximada de 0.1%, comparada con 0.3% para transmisores analógico (caracterización del sensor, correcciones por presión y temperatura, etc

9. Menor costo de mantenimiento. Paso 2: Indague sobre precisión, sensibilidad y resolución de un sensor, de los conceptos con sus propias palabras.

PRESICION la precisión es cuantas veces concuerda una medición y que tan cercanos está de dos o más mediciones respecto al valor verdadero

Exactitud pero no

Precisión pero no

Exactitud y precisión

SENSIBILIDAD es la señal mínima en la cual un instrumento responde indicando un cambio en la variable de medición RESOLUCIÓN DE UN SENSOR es el menor cambio en la magnitud de entrada captada por un sensor y esta se aprecia en la magnitud de salida de dicho sensor

Paso 3: Seleccione un sensor comercial y de a conocer las 3 características del paso 2. Sensor inductivo cilíndrico

Precisión 5,93 % Resolución ±0.1 mm Sensibilidad 0 - 5mm

Paso 4: Elaboren un esquema en el cual expliquen de manera breve los bloques de un sistema de instrumentación Paso 5: Diseñar e implementar Puente de Wheatstone; el potenciómetro a medir es de 20KΩ. (Cálculos y simulación). PUENTE DE WHEATSTONE Se utiliza para medir resistencias desconocidas mediante el equilibrio de los brazos del puente. Estos están constituidos por cuatro resistencias que forman un circuito cerrado, siendo una de ellas la resistencia bajo medida. Por lo general, la configuración con la que se representa este circuito es la mostrada a continuación, y la condición de equilibrio del Puente, cuando la corriente por el galvanómetro es igual a cero, está dada por la expresión:

R1 R2 = R3 Rx

La topología del Puente de Wheatstone es la mostrada en la siguiente figura

Las resistencias R1 y R3 son resistencias de precisión, R2 es una resistencia variable calibrada, Rx es la resistencia bajo medición y G es un galvanómetro de gran sensibilidad. Si variamos R2 hasta que el galvanómetro indique cero corrientes, se cumplirá que:

DISEÑO DE UN PUENTE DE WHEATSTONE. Por lo general, cuando se va a diseñar un puente de Wheatstone se especifica para qué rango o rangos de resistencias se quiere utilizar Según el ejercicio el potenciómetro que utilizaremos es de 20 kΩ por lo cual las resistencias a medir son de él orden de los KΩ

Las resistencias R1 y R3 van a ser resistencias de precisión y la resistencia variable R2 va a ser 20KΩ Asignamos estos valores a las resistencias teniendo en cuenta el valor predeterminado del potenciómetro La relación R1/R3 debe ser igual a 0,1. Podemos asignarle a estas resistencias los valores que deseemos, con tal de que cumplan esta relación. Es conveniente que estas resistencias tengan un valor nominal bajo para maximizar la precisión del Puente. Vamos a asignar a la más pequeña de las dos (R1) un valor de l0 Ω por ejemplo, lo cual significa que R3 = 100 Ω La tolerancia de estas resistencias debe ser lo menor posible. R1: 10Ω R3: 100Ω R2: 20KΩ VARIABLE RX: ? R1/R2: 10Ω/100Ω: 0.1 lo cual cumple la condición de la relación R1/R3 AHORA utilizaos la formula dada para obtener RX

RX:

R 1∗R 2 R3

RX:

10 Ω∗20 KΩ 100 Ω

RX:

10 Ω∗20000 Ω 100Ω

multiplicamos 20kΩ x 1000 para igualar unidades dándonos

un valor de 20000Ω

RX:

2KΩ SIMULACION EN PROTEUS

Teniendo en cuenta que la resistencia del galvanómetro es 0 coloque un micro amperímetro para ver el cambio al disminuir y aumentar la resistencia variable de 20kΩ

Podemos observar que el micro amperímetro nos da un valor de corriente más exacto y sensible a la variación del potenciómetro de 20kΩ, al colocarlo a un 10% nos da un valor equivalente a la resistencia RX de 2kΩ, y observamos q el micro amperímetro nos da un valor más aproximado a 0, lo que nos indica que el puente de wheatstone está en estado de equilibrio.

Al aumentar y disminuir el valor del potenciómetro el micro amperímetro cambia su valor de 0A a valores más altos lo que nos indica que el puente de weatstone se ha desequilibrado y nos da un valor inexacto de la resistencia RX

Conclusión Podemos concluir que al variar el valor del potenciómetro o resistencia patrón (R2) llegamos a un punto donde colocaremos nuestro circuito de puente de weatstone en estado de equilibrio, y tendremos un valor en el potenciómetro R2 exacto al valor de la resistencia RX Así hallaríamos el valor de la resistencia RX y entenderíamos el funcionamiento del circuito puente de weatstone Pasó 6: Si su grupo colaborativo es par: diseñe un puente de Schering para la medición de capacitancias y compruebe su funcionamiento. (Cálculos y simulación) PUENTE DE SCHERING Este puente se utiliza para medir capacitancias, permitiendo además la medición de algunas propiedades de aislamiento. El circuito de un puente de Schering básico es el siguiente:

El capacitor C3 sirve como referencia para la medición de Cx. Si se utiliza un capacitor de mica de alta calidad se pueden realizar mediciones de capacitancias, pero si se utiliza un capacitor de aire se pueden realizar mediciones de las características de aislamiento de los capacitores. Cuando el puente esta balanceado:

Al igualar los términos semejantes:

Utilizando el puente de Schering también se puede medir el factor de potencia (PF) de los capacitores, el cual se determina de la siguiente manera:

Al variar la resistencia R1 y C1 llegamos a un punto donde el amperímetro nos va dar un valor de 0A, logrando que el circuito entre en estado de equilibrio dándonos así el valor del condensador CX