La importancia de la precisión en el control de procesos
Noviembre 6, 2020
En el control de procesos es sumamente importante conocer el valor real o verdadero de una variable para garantizar la seguridad, el rendimiento del producto y la eficiencia.
La precisión puede definirse como la proximidad de un valor medido al valor real o verdadero. Hay muchas fuentes de posibles inexactitudes, por ejemplo, la temperatura ambiente, la interferencia electromagnética (IEM) y la variación de la fuente de alimentación que influyen en la exactitud y la repetibilidad. Por lo tanto, los sensores y transmisores de precisión contribuyen en gran medida a la exactitud lograda a través de una ruta de señal completa.
La representación exacta de variables como la temperatura, la presión, el caudal, el nivel o el peso es vital en muchos segmentos de la industria, entre ellos:
- Química y Farmacéutica
- Producción de petróleo y gas
- Alimentos y bebidas
- Metal y Acero
- Energía
- Agua y efluentes
Todos los procesos de estas industrias dependen de que la instrumentación de control de procesos sea precisa, repetible y fiable. Por ello, es imperativo que el diseño y la ingeniería de los sistemas de control de los procesos incorporen componentes con especificaciones de precisión superior, en la más amplia gama de condiciones ambientales.
Tomando como ejemplo los transmisores de temperatura
La medición precisa de la temperatura es fundamental para la seguridad y la eficiencia de muchos procesos industriales en las industrias química, siderúrgica, farmacéutica y del petróleo y gas, por nombrar solo algunas. Las señales muy pequeñas de los sensores de temperatura, ya sea de las termocuplas o los RTD, hacen que un transmisor de temperatura se utilice con frecuencia tanto para convertir los mV o resistencias pertinentes en una señal más robusta de 4-20 mA como para ofrecer una mejor inmunidad a las interferencias de la señal.
La precisión con la que el transmisor de temperatura puede convertir y retransmitir la señal del sensor es, por lo tanto, un factor importante en la precisión general del lazo de proceso.
La precisión del transmisor de temperatura se ve influida por una serie de factores externos e internos. Entre los ejemplos de factores externos se incluyen el ruido de alta frecuencia, la temperatura ambiente, la fuente de alimentación y el ruido de inducción. Internamente, los componentes no lineales, el autocalentamiento o el ruido interno también afectarán negativamente a la precisión de un dispositivo.
La calidad del diseño mecánico y eléctrico de un transmisor de temperatura determina la eficacia con que se suprimen estos diversos factores y, a su vez, la precisión con que se representa el valor de su proceso.
Todos los factores mencionados contribuyen a la exactitud de un transmisor de temperatura y, por lo tanto, deben incluirse en cualquier cálculo de la exactitud del transmisor.
Consideremos algunas de estas influencias con más detalle:
Coeficiente de temperatura:
Todos los equipos electrónicos están influenciados por los cambios en la temperatura ambiente. Los fabricantes normalmente calibran un dispositivo a temperatura ambiente (+20°C). Sin embargo, cuanto más se desvíe la temperatura ambiente de la temperatura de calibración, mayor será la inexactitud.
Coeficiente de temperatura es el término utilizado para cuantificar este efecto en la exactitud. El coeficiente de temperatura se puede indicar como, por ejemplo, % de Span/°C o °C/°C
La precisión de la medición cambia cuando la temperatura ambiente varía de la temperatura a la que el dispositivo fue calibrado en fábrica.
Ejemplo:
Tcoef = 0.01 °C/°C, Tamb = 35°C, Cal = 20°C
Tcoef = 0.01 x (35-20) = 0.15°C
Cuanto más bajo sea el coeficiente de temperatura, más preciso y estable será el transmisor en los diferentes rangos de temperatura ambiente.
Error de linealidad:
Normalmente se representa, por ejemplo, como ±0,1% del span. Este es el margen de error máximo que el transmisor tiene respecto a la curva ideal.
El error de linealidad es el límite máximo dentro del que se permite que oscile el error. El error aumenta cuando se mide en rangos de temperatura más altos.
La no linealidad y la repetibilidad normalmente se incluyen en los valores de precisión indicados en las fichas técnicas y los manuales de los transmisores de temperatura.
Precisión típica y "en el peor de los casos":
Cuando se prueba una precisión, normalmente sólo se cambia el parámetro que se va a probar. Todos los demás parámetros se mantienen constantes para obtener una imagen clara del impacto del parámetro.
Las precisiones pueden diferir en una dirección positiva o negativa en comparación con el valor ideal. Por lo tanto, una precisión típica se calcula como la suma de los cuadrados de las distintas variables, por ejemplo
La precisión “en el peor de los casos” (worst case accuracy) indica la suma de las desviaciones, donde se supone teóricamente que todos los errores se mueven en la misma dirección en la que se produce el mayor error posible.
Ejemplo de cálculo:
Precisión típica (según la fórmula):
Worst case accuracy (de acuerdo a la fórmula):
*Al hacer los cálculos también pueden tenerse en cuenta otras inexactitudes debidas a la desviación de la fuente de alimentación y a la compatibilidad electromagnética (EMC), detalladas en la ficha técnica del producto.
Fuente: PR Electronics