Componentes Fundamentales de Sistemas de Control

Elemento Primario

Es el componente que entra en contacto con la variable física a medir y produce una señal o efecto directamente relacionado con ella.

Sensor

Dispositivo que detecta una variable física (como temperatura, presión, nivel) y la convierte en una señal eléctrica. A menudo, es el elemento primario en sistemas electrónicos. Ejemplos: Sensor de temperatura, sensor de presión, sensor de nivel.

Transductor

Dispositivo que convierte una forma de energía en otra. En instrumentación, a menudo se refiere a dispositivos que convierten una variable física (presión, temperatura) en una señal eléctrica (voltaje, corriente).

Transmisor

Instrumento que capta la señal de un elemento primario y la convierte en una señal estandarizada (ej. 4-20mA, 0-10V) para ser enviada a un controlador o sistema de control. Facilitan la transmisión de información a distancia.

Controlador

Dispositivo que recibe la señal del elemento primario o transmisor, la procesa, la compara con un valor deseado (setpoint) y determina la acción correctiva necesaria para mantener la variable controlada en el punto deseado. Ejemplos: PLC (Controlador Lógico Programable), controlador PID, termostato.

Actuador / Elemento Final de Control

Dispositivo que ejecuta una acción física en respuesta a una señal del controlador para afectar directamente la variable del proceso. También conocido como elemento final de control. Ejemplos: Motor, cilindro neumático, válvula de control que regula el flujo.

Tipos de Instrumentos según su Función y Visualización

Instrumentos Ciegos

Son aquellos que no tienen una indicación visible directa para el operador. Su función principal es sensar o controlar, y su lectura se realiza de forma remota o mediante otros instrumentos.

Instrumentos Indicadores

Son los que muestran el valor actual de la variable medida de forma directa y visible, generalmente a través de una escala, una aguja o una pantalla digital.

Instrumentos Registradores

Tienen la capacidad de guardar o registrar los valores de la variable a lo largo del tiempo, permitiendo analizar tendencias y el historial del proceso. Pueden ser gráficos o digitales.

Sensores Discretos

Son aquellos que detectan la presencia o ausencia de algo y producen una señal de «todo o nada» (on/off), en lugar de medir un valor continuo. Ejemplos incluyen interruptores de nivel o sensores de proximidad.

Sensores de Temperatura Específicos

RTD (Detector de Temperatura por Resistencia)

Es un sensor de temperatura que cambia su resistencia eléctrica en función de la temperatura.

PT-100

Es un tipo específico de RTD, fabricado en platino, que tiene una resistencia de 100 ohms a 0 °C. Se caracteriza por su alta precisión, estabilidad y uso común en la industria.

Termocupla o Termopar

Es un sensor de temperatura que genera un voltaje muy pequeño (efecto Seebeck) en función de la diferencia de temperatura entre dos uniones de metales distintos. Son ampliamente utilizados debido a su robustez y amplio rango de temperatura.

Norma ISA S5.1 y Diagramas P&ID

Propósito de la Norma ISA S5.1

Establece una metodología estandarizada para la identificación y simbología gráfica de la instrumentación y los equipos de control en diagramas de tuberías e instrumentación (P&ID).

Sigla ISA

Significa International Society of Automation (Sociedad Internacional de Automatización).

Sigla P&ID

Significa Piping and Instrumentation Diagram (Diagrama de Tuberías e Instrumentación).

Utilidad de un Plano P&ID

Un plano P&ID es un diagrama detallado que muestra la interconexión de equipos, tuberías e instrumentación en un proceso industrial. Es crucial para el diseño, operación, mantenimiento y modificación de plantas industriales, sirviendo como un lenguaje universal en ingeniería.

TAG NUMBER en la Norma ISA S5.1

Es un código alfanumérico único asignado a cada instrumento en un proceso, que lo identifica de manera inequívoca y describe su función y tipo.

Identificación de Líneas de Conexión

La norma ISA S5.1 también define la simbología para representar los tipos de conexiones entre instrumentos y procesos (ej., eléctricas, neumáticas, capilares).

Simbología de Instrumentos según ISA S5.1

La norma provee símbolos gráficos estandarizados para representar diferentes tipos de instrumentos (válvulas, transmisores, controladores) y su ubicación (montados en campo, en panel, etc.), facilitando la comprensión unificada de los sistemas.

Conceptos Fundamentales de Metrología y Control de Procesos

Unidades del Sistema Internacional (SI)

Se refiere a las unidades de medida fundamentales del Sistema Internacional (SI) para diversas magnitudes físicas, como longitud (Metro), masa (Kilogramo), tiempo (Segundo), fuerza (Newton), corriente eléctrica (Amper), temperatura (Kelvin) y presión (Pascal), entre otras. Son la base de la metrología científica e industrial.

Presión

La presión se define como la fuerza ejercida perpendicularmente sobre una superficie por unidad de área.

Transmisores 4-20mA

Es un estándar de señal analógica utilizado para la transmisión de datos en sistemas de control industrial. Un rango de 4 a 20 miliamperios se usa para representar el 0% al 100% del rango de medición de un instrumento. El uso de 4mA como mínimo permite distinguir entre una señal de cero y un cable roto (0mA).

Diagrama de Bloques

Es una representación gráfica de un sistema de control que utiliza bloques funcionales para mostrar las relaciones entre los componentes y el flujo de señales.

Sistema de Control de Lazo Abierto

Es un sistema donde la acción de control es independiente de la salida del proceso. La salida no se mide ni se realimenta al controlador para corregir errores. Son más simples, pero menos precisos y no corrigen perturbaciones.

Sistema de Control de Lazo Cerrado

También conocido como sistema con realimentación, es un sistema donde la salida del proceso se mide y se realimenta al controlador, que la compara con el valor deseado (setpoint) y genera una acción de control para minimizar cualquier desviación. Esto permite mayor precisión y capacidad para manejar perturbaciones.

Controlador PID

PID se refiere a un tipo de controlador de lazo cerrado muy común en la industria, que utiliza tres términos: Proporcional (P), Integral (I) y Derivativo (D) para calcular la señal de salida de control. Cada término se encarga de una parte de la respuesta del sistema: el proporcional reacciona al error actual, el integral al error acumulado a lo largo del tiempo, y el derivativo a la tasa de cambio del error.