Equipo RTU - Terminología de Instrumentación (Campo, Rango, Exactitud, Precisión)

Trabajo realizado por el equipo RTU del seminario de áreas de grado de Ingeniería de Sistemas de la Universidad de Oriente, tratando la terminología básica de instrumentación.

1. Universidad de Oriente
Núcleo de Monagas
Departamento de Ingeniería de Sistemas
Curso Especial de Grado - Área: ACPI
Instrumentación y Control Industrial






Terminología de Instrumentación (Campo, Rango, Exactitud, Precisión)
Unidad I: Conceptos básicos de Control





Profesor: Bachilleres:
Ing. Edgar Goncalves Carvajal Pérez, Argenis Coromoto Jr. C.I 20.616.686
Contreras Campos, Miguel José C.I 20.916.310
Equipo RTU




Maturín, Enero 2016

2. ÍNDICE
CONTENIDO
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. 1
MARCO TEÓRICO........................................................................................................... 2
1. Metrología ............................................................................................................ 2
2. Instrumentación Industrial .................................................................................... 2
3. Campo o rango de medida .................................................................................... 3
4. Alcance de la medición ........................................................................................ 3
5. Exactitud ............................................................................................................... 4
6. Precisión ............................................................................................................... 4
7. Error...................................................................................................................... 5
8. Sensor ................................................................................................................... 5
DISCUSIÓN ...................................................................................................................... 6
CONCLUSIONES ............................................................................................................. 8
REFERENCIAS................................................................................................................. 9

3. 1

INTRODUCCIÓN

En el mundo, a pesar de que muchas personas desconocen el término de la
instrumentación o las variables que están ligadas al tema, lo cierto es que lo utilizan en su
vida diaria, desde el reloj que mide el tiempo, el velocímetro que mide la velocidad del
auto, hasta la temperatura que es indicada en un simple termómetro.

Los elementos que actúan en la medición, control y registro de las variables antes
descritas y cualquier otra que exista, es lo que se conoce como instrumentación; la cual es
capaz de mostrarnos lo que está ocurriendo en determinado proceso con el fin de saber si el
sistema está trabajando como debería y en el caso que no sea así, se puede utilizar para
corregir algunos parámetros que se encuentren erróneos y encontrar una solución.

Si para las personas que desconocen del tema les ha sido muy útil hacer uso de la
instrumentación, más todavía lo es para las industrias que se arriesgan todo sólo por la
confiabilidad de estos materiales bien sea para desarrollar sus productos o ejecutar acciones
resultantes de una toma de decisiones.

Si bien se mencionó la palabra “Confiable”, es porque se necesita saber medir y
comprender los resultados arrojados por estos instrumentos, y es por ello que a
continuación se explican definiciones bases para tener más comprensión del tema, y
empezar además un punto de partida de los conceptos que acarrea la automatización.

4. 2

MARCO TEÓRICO

Un requisito previo al estudio y conocimiento de los diferentes métodos e instrumentos
de medición de las variables más características de los sistemas autómatas es establecer con
propiedad una terminología precisa a la cual referirse, y cuya significación no ofrezca
ambigüedad. Para ello, se definen los siguientes términos:

1. Metrología

Es la ciencia que tiene por objeto el estudio de las propiedades medibles, las escalas de
medida, los sistemas de unidades, los métodos y técnicas de medición, así como la
evolución de lo anterior, la valoración de la calidad de las mediciones y su mejora
constante, facilitando el progreso científico, el desarrollo tecnológico, el bienestar social y
la calidad de vida.

2. Instrumentación Industrial

Es el grupo de elementos que sirven para medir, convertir, transmitir, controlar o
registrar variables de un proceso con el fin de optimizar los recursos utilizados en éste. Es
el conocimiento de la correcta aplicación de los equipos encaminados para apoyar al
usuario en la medición, regulación, observación, transformación, ofrecer seguridad, etc., de
una variable dada en un proceso productivo.

Un sistema de instrumentación es una estructura compleja que agrupa un conjunto de
instrumentos, un dispositivo o sistema en el que se mide, unas conexiones entre estos
elementos y por último, y no menos importante, unos programas que se encargan de
automatizar el proceso y de garantizar la repetibilidad de las medidas.

En términos abstractos, un instrumento de medición es un dispositivo que transforma
una variable física de interés, que se denomina variable medida, en una forma apropiada
para registrarla o visualizarla o simplemente detectarla, llamada medición o señal medida.

El elemento clave fundamental de un sistema de instrumentación, es el elemento sensor.
La función del sensor es percibir y convertir la entrada (variable física) percibida por el
sensor, en una variable de la señal de salida.

5. 3

3. Campo o rango de medida

Se entiende por campo o rango de medida al conjunto de valores para los cuales el
aparato proporciona una lectura fiable. El campo de medición de un aparato suele definirse
estableciendo los límites superiores e inferior del rango de medición posible, es decir, se
encuentra definido por dos valores extremos.
A modo de ejemplo en la figura 1 se recoge un manovacuómetro de agua, en el cual
puede apreciarse que su rango de medición es:

4. Alcance de la medición

También conocido por los términos gama y amplitud, se define como el valor absoluto
de la diferencia entre los dos valores extremos del medidor. En la figura 1 se muestra un
ejemplo del rango y alcance de medición de un manovacuómetro.

Figura 1: Rango de medida y alcance de un Manovacuómetro

6. 4

5. Exactitud

En instrumentación, la palabra exactitud se refiere al porcentaje en que el instrumento
se acerque al valor de la magnitud que está midiendo. Se puede decir que un instrumento
nunca es 100% exacto ya que siempre habrá pequeños cambios a la hora de medir, por
ejemplo cuando se mide la presión del caucho de un automóvil, siempre se deja escapar un
poco de aire. Así que el que un instrumento sea exacto significa que su margen de error es
bastante mínimo.

6. Precisión

Es la tolerancia de media o de transmisión del instrumento y define los límites de los
errores cometidos cuando el instrumento se emplea en condiciones normales de servicio, es
decir, es el valor agregado por encima y restado por debajo en que promedialmente hay un
error, este suele ser la escala mínima del medidor. Por ejemplo la caja de fósforos suele
decir que tiene 50 cerillas ± 6, quiere decir que en ocasiones hay un margen de error donde
puede haber desde 1 a 6 fósforos adicionales o faltantes.



Figura 2: Ejemplo de exactitud y precisión

7. 5

7. Error

Se conoce como el valor absoluto de la diferencia entre la magnitud medida y la lectura
instrumental. Se busca que este error este muy cercano al cero, y para lograrlo se deben
calibrar los instrumentos de medición cada cierto tiempo ya que a lo largo de su vida útil
estos modifican su comportamiento.

8. Sensor

Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas
variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de
instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia,
aceleración, etc.

8. 6

DISCUSIÓN

Una vez sabiendo la terminología básica de la instrumentación, la relación entre ellos y
claros ejemplos ilustrados se puede establecer de mejor forma la incidencia de estos en una
industria y su gran importancia en los procesos de supervisión y control para obtener un
producto final de calidad.

En el caso de la propuesta planteada por el equipo RTU de un sistema de supervisión y
control automatizado de ambiente convencional y alimentación de galpones para la cría de
pollos de engorde en Venezuela, también aplican diversos instrumentos de medición que se
encargarán de mantener en un clima de confort a las aves y así reducir su tasa de
mortalidad.

Entre estos instrumentos se encuentra el sensor de temperatura y humedad, el cual será
colocado en diversas áreas del galpón avícola para medir esos dos elementos de gran
vitalidad, dicho sensor cuenta con los elementos tratados previamente en este trabajo, es
decir, tienen un campo de rango o medida, una precisión, un alcance, etc., que varía según
la marca del fabricante.

Tomando como ejemplo el utilizar el sensor DHT22 o AM2302 (perteneciente a la
familia de los sensores DHT), el cual tiene un campo de medida de temperatura de 0 a 50
°C y un campo de rango de humedad del 20% a 90% RH. Así mismo, en este sensor se
puede apreciar un alcance de 50°C ( |50°C - 0°C | ) y 70% RH ( |90% - 20%| )
correspondientemente y una precisión de medición de temperatura de ±2.0 °C con una
precisión de medición de humedad: 4% RH.

La magnitud arrojada por el sensor indicará un resultado bastante aproximado del clima
dentro y fuera del galpón de cría de pollos, se dice que aproximado porque según las
investigaciones realizadas, ningún instrumento es totalmente exacto, pero a pesar de ello se
obtendrán resultados cercanos a la realidad. Si se quiere corroborar el calibre del sensor,
solo basta comprobar sus resultados con otro sensor o herramienta y poder obtener el error
dado por el sensor; de ser muy alto se buscará cambiar la pieza o calibrarlo para tener
resultados reales.

La importancia del uso de la instrumentación en la propuesta es alta, ya que dicho sensor
sienta las bases para ejecutar las acciones correspondientes para climatizar a las aves a un
ambiente más de su confort. En la figura 3 se puede observar el rango de temperatura
necesario para los pollos de engorde según su edad.

9. 7


Figura 3: Rangos de temperatura para el confort de los pollos de engorde

Trabajando con el sensor de temperatura y humedad DHT22, y tomando la fila de la 3ra
semana de la figura 3, se presenta a continuación un ejemplo para así explicar con más
claridad la importancia y el uso de tal instrumento de medición.

Suponiendo que el sensor marca 28°C, bien podría ser que se encuentre el galpón en una
temperatura entre los 26 y 30°C sabiendo que tiene una precisión de ±2.0 °C, la
temperatura no varía mucho según el confort del animal, por lo tanto la acción a tomar (en
caso de que no se encuentre ya así), es la de abrir las cortinas para igualar el clima externo
al clima interior del galpón y encender los ventiladores para circular el viento.

Ahora imagínese que el sensor arrojo una temperatura de 20°C, posiblemente en
consideración al país se debe a que es una noche fría, la acción a realizar es la de cerrar las
cortinas para mantener un calor interno, apagar los ventiladores y encender los extractores
para refrescar el aire y a su vez remover el dióxido de carbono y el sulfuro de hidrogeno.

10. 8

CONCLUSIONES

El buen uso de la metrología en combinación con la instrumentación forma un gran
recurso de información confiable para las industrias, de manera que puedan permitirles
realizar procedimientos ya configurados o establecidos para cada rango de magnitudes
arrojadas por sus medidores instalados, lo que en conveniencia puede generar acciones en
las cuales se aumente la productividad de sus procesos y al mismo tiempo aumentar la
integridad de los trabajadores que laboran en la empresa.

Se puede apreciar que las técnicas de instrumentación son un aspecto de gran
importancia para automatizar los procesos dentro de la granja que se pretende automatizar,
ya que a través del control computarizado y monitoreo de estas variables se evita que un
trabajador realice acciones manuales para solventar la situación, resguardando de esa forma
su seguridad y al mismo tiempo evitando el estrés de las aves.

El motivo de este trabajo es reconocer la factibilidad de saber y comprender las
limitantes y los resultados arrojados por los equipos de medición de la granja y tomar
acciones pertinentes, porque no solo se sabe que el valor de la magnitud arrojado no es
totalmente exacto sino de que también estos mecanismos a lo largo de su vida útil necesitan
ser calibrados para ser más precisos, el no conocer estos términos básicos se pueden tomar
decisiones equivocadas y en el peor de los casos esto trae como consecuencia el aumento
de la tasa de mortalidad de los pollos de engorde.

11. 9

REFERENCIAS

Electrónica Guerra y Miró Guemisa S.L (2000). Especificaciones en la instrumentación de
medid. Extraído el 27 de Enero del 2016 desde:
http://www.guemisa.com/articul/pdf/especs.pdf.

IIMPI, Departamento de Diseño Mecánico (2008). Introducción a la instrumentación
industrial. Extraído el 27 de Enero del 2016 desde:
http://www.ancap.com.uy/docs_concursos/ARCHIVOS/2%20LLAMADOS%20FINALI
ZADOS/2013/REF%2040_2013%20%20%20T%C3%89CNICO%20AYUDANTE%20
MANTENIMIENTO%20E%20INGENIER%C3%8DA%20%28ELECTROELECTR%
C3%93NICO%29/MATERIAL%20DE%20ESTUDIO/CONOCIMIENTOS%20ESPEC
%C3%8DFICOS/INTRODUCCION%20A% 20LA%20INSTRUMENTACION%20IND
USTRIAL.PDF.

Pedro L. Iglesias, Francisco Arregui (2009). Conceptos fundamentales sobre medición e
instrumentación. Extraído el 27 de Enero del 2016 desde:
http://www.ita.upv.es/ventas/doc_prods/previews/18.pdf.