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UNIVERSIDAD DE ORIENTENÚCLEO DE ANZOÁTEGUI

ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADASDEPARTAMENTO DE ELÉCTRICAPOSTGRADO EN INGENIERÍA ELÉCTRICA

ESPECIALIZACIÓN EN AUTOMATIZACIÓN EINFORMATICA INDUSTRIAL

INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL

POROMAR BUSTILLOS PONTE

PUERTO LA CRUZ, NOVIEMBRE DEL 2001

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UNIVERSIDAD DE

Prof. Omar Bustillos Ponte CIVARCHIVO: Instrumentación Inustrial

ESCUELA DE INGENIERIA Y CIENCIAS APLICADAS – DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICAP!"ina 2

 

INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL

POROMAR BUSTILLOS PONTE

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UNIVERSIDAD DE ORIENTEESCUELA DE INGENIERIA Y CIENCIAS APLICADAS – POSTGRADO EN INGENIERÍA

ELECTRICAP!"ina #

 

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INDICEDescripci! P"#i!$

Í!%ice #I!&r'%(cci! $

C$p)&(*'  +  . 1%1.1 Introucción.  111.2&e'nición e (aria)le.  121.#Clasi'cación e las (aria)les.  12

a. Varia)les t*rmicas 12

). Varia)les e raiación 1#c. Varia)les e fuer+a 1#. Varia)les e (elocia 1#e. Varia)les e cantia 14f. Varia)les e tiem,o 14". Varia)les "eom*tricas 14-. Varia)les e ,ro,ieaes fsicas 14i. Varia)les e com,osición /umica 15

 0. Varia)les el*ctricas 151.4Clasi'cación ,or seal  e meición.  15

a. o(imiento 13

). uer+a 1c. 6eales el*ctricas 1. 6eales e meición e tiem,o moulao 1$

1.5Relación el instrumento 7 el control  e ,rocesos.  1$1.36eales e meición ,ara las (aria)les 191.6istemas e control  21

C$p)&(*'  , . 242.18rrores e meición.  252.2&e'nición e error.  252.# i,os e meición.  25

a. Com,aración irecta 25). A0uste -asta la i"uala 25c. Acción irecta e al"n sistema fsico 23

2.4uentes e error.  23a. Ruio en las meiciones 23). iem,o e res,uesta 2c. ;imitaciones e iseo 2$. 8rrores e o)ser(ación 7 e inter,retación 29

2.5Clasi'cación e los errores.  #%

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a. 8rrores sistem!ticos #%). 8rrores casuales #%

2.3 ratamiento estastico e los atos.  #1a. Promeio o meia aritm*tica #2). &es(iación normali+aa #2c. 8rror ,ro)a)le e una meición sim,le ##. 8rror ,ro)a)le e la meia #4e. Inter(alos e con'an+a #5f. Valores si"ni'cati(os #

C$p)&(*'  - . 4%#.1*toos e meición. 41#.28?u* es lo /ue e)e lo"rarse como resultao e la meición@49

C$p)&(*'  . . 514.1eición el  instrumento.  524.28rror el  instrumento 544.#Alcance s,an.  55

4.4 Incertium)re e la meia uncertaint7.  554.5Re,eti)ilia. 554.3Precisión accurac7. 554.ia)ilia.  54.$Re,rouci)ilia o esta)ilia. 54.96ensi)ilia sensiti(it7. 5$4.1%Resolución o iscriminación.  5$4.11Cam,o e meia. 5$4.128s,acio muerto o )ana muerta &ea +one o ea )an.  5$4.1#m)ral.  594.14&es,la+amiento el cero.  59

4.15&emora.  594.13Hist*resis H7steresis.  594.1unción e transferencia.  594.1$Cali)ración.  3%4.19&eri(a.  3%4.2% em,eratura e ser(icio.  3%4.21Via til  e ser(icio.  3%

C$p)&(*'  / . 315.16eales.  32

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5.2 i,os e seales.  335.#6eal  Analó"ica.  33

5.46eal  &iscreta.  335.56eal  8l*ctrica.  335.36eal  Deum!tica.  335.6eal  Hart.  335.$ ransmisión e la seal.  3$5.9nia terminal  remota R.  3$5.1%nia e ló"ica 7 ,rocesamiento P;C.  395.11Dormas.  39

a. Resumen Dorma I6AE65.1 %). Resumen Dorma I6AE65.2 $9c. Resumen Dorma I6AE65.# 9%

C$p)&(*'  0 . 993.1 i,os e instrumentos.  1%%

a. 6e"n la función 1%%). 6e"n la (aria)le e ,roceso 1%2c. uncionamiento analó"ico 7 i"ital  1%#

3.2;os elementos e un instrumento.  1%43.#8lementos acti(os 7 ,asi(os.  1%$3.4 ransuctores.  1%93.5Con(ersores.  11%3.3Con(ersores &FA.  11%

3.Con(ersores AF&.  112

C$p)&(*'  1 . 114.1Princi,ios )!sicos e la ,resión. 115.2i,os e instrumentos ,ara meir ,resión. 113

a. Instrumentos mec!nicos 113). Instrumentos electromec!nicos 7 electrónicos 11

.#&escri,ción e los instrumentos e meir ,resión.  11$a. Columnas e l/uio 11$). Instrumentos el!sticos 12%c. instrumentos electrónicos 124

C$p)&(*'  2 . 1#3$.1eición e =u0o.  1#$.2actores /ue afectan el =u0o e un =uio. 1#

a. Velocia el =uio 1#$). ricción el =uio en contacto con la tu)era.  14%

c. Viscosia el  =uio 141. &ensia el =uio 141e. 8fectos e la ,resión 7 e la tem,eratura el  =uio 14#

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. ermómetros e resistencia 211e. ermistores 21#

f. Pirómetros e raiación 214

C$p)&(*'  ++ . 2111.1Otras (aria)les 21$11.2&irecciones e Internet 21$

5i6*i'#r$7)$  221

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INTRODUCCIÓN

8n el ,resente tra)a0o se muestra el material i!ctico e la materia

I!s&r(8e!&$ci! I!%(s&ri$* con los a(ances tecnoló"icos /ue est!n actualmente

en el mercao en forma e is,ositi(os e meiciónG control 7 transmisiónG estos

is,ositi(os son em,leaos en toas las inustrias e ,rocesoG tanto continuos como

,or lotesG ,ara mantener las es,eci'caciones el ,roucto entro e los lmites

esta)lecios ,or las e

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C$p)&(*' ,. 8rrores e meición. &e'nición e error. i,os e meición. uentes e

error. Clasi'cación e los errores. ratamiento estastico e los atos.

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C$p)&(*' -. *toos e meición. 8

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Ca,tulo 1Ca,tulo 1

Varia)les 7 seales eVaria)les 7 seales e meiciónmeición

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C$p)&(*' +

+9+ I!&r'%(cci!

 oa inustria /ue mane0a ,rocesos re/uiere cuanti'car las cantiaes e ,rouctos

/ue entran o salen e un reci,ienteG tu)era o sencillamente e un es,acio limitao

,or )ores (irtualesG en ,lantas e ,rocesos ,or lo "eneral -a7 /ue meir tam)i*n

las ,ro,ieaes tem,eraturaG ,resiónG masaG ensiaG etc.. ;a meición e las

cantiaes in(olucraas ,ermite controlar el ,rocesoG a"re"ano otro com,onente a

la me+claG reucieno o incrementano la tem,eratura 7F o la ,resiónG en 'nG ,ermite

tomar ecisiones acerca el ,aso si"uiente ,ara lo"rar un o)0eti(o.

;a cuanti'cación e las cantiaes se reali+a a tra(*s e is,ositi(os /ue emiten

seales e,enientes ,or lo "eneral el cam)io en la cantia in(olucraaG

e'ni*nose entonces la seal como un estimulo e

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i"ura 1.1. Re,resentación "r!'ca e seales e a tiem,o continuo 7 ) tiem,oiscreto

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+9,De:!ici! %e ;$ri$6*e

;as cantiaes o caractersticas /ue se mien las cuales sir(en e )ase e control

se enominan (aria)lesG frecuentemente reci)en el nom)re e (aria)les e meiciónG

(aria)les e instrumentación o (aria)les e ,roceso. 8

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69V$ri$6*es %e r$%i$ci!

;as (aria)les e raiación se re'eren a la emisiónG ,ro,a"ación 7 a)sorción e

ener"a a tra(*s el es,acio o e al"n material en la forma e onas 7 ,or

e

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/ue el cuer,o recorre una meia ,or unia e tiem,oG la meia ,uee ser lineal o

an"ular. ;a (aria)le (elocia ,uee tam)i*n cam)iar en el tiem,o ano ori"en a

otra (aria)le re,resentaa ,or la aceleración.

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e9V$ri$6*es %e c$!&i%$%

;as (aria)les e cantia se re'eren a la cantia total e material /ue e

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a"ua. ;a -umea relati(a es la relación entre la ,resión e

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a"ua saturao a la misma tem,eratura. 8l contenio e -umea es la

cantia e a"ua li)re /ue se encuentra en una sustancia.

Visc'si%$%: 8s la resistencia /ue ofrece un =uio a su eformación ,orcorte.

C$r$c&er)s&ic$s es&r(c&(r$*es: 6on las ,ro,ieaes cristalinasG

mec!nicas o metalr"icas e las sustancias. &ure+aG uctiliaG

estructura metalr"icaG etc.

i9 V$ri$6*es %e c'8p'sici! ()8ic$6on las ,ro,ieaes /umicas e las sustancias referias a su com,osiciónG a su

acie+ o alcalinia.

 B9 V$ri$6*es e*

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e,enientes e la /ue reci)ióG como e0em,lo: un con(ertior analó"ico E i"ital AF&

C.

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8l uso e seales e meición ,ermite la meición e toas las iferentes (aria)les

meiante una com)inación e transuctores ,rimarios es,eciali+aosG 0unto con un

nmero ,e/ueo e sistemas e res,uesta asociaos con un ,e/ueo nmero e

seales e meición.

i"ura 1.2. Ciclo e a/uisición 7 tratamiento e seales e meición.

;as seales e meición se inclu7en entro e ie+ i(isiones sencillas:

$9M';i8ie!&'

 oas las manifestaciones el (alor e la (aria)le meia est!n )asaas en

al"una forma e mo(imientoG el cual es una entraa sin"ular a lostransuctoresG controlaoresG com,utaoras 7 otros sistemas e res,uesta a la

meición.

? M';i8ie!&' 8ec"!ic': 8l es,la+amiento e un inicaorG ,lumilla e

re"istro o e otro elemento sólio es la forma mas usual el efecto /ue se mie.

8l mo(imiento mec!nico lineal o an"ular se toma tam)i*n como un efecto e

entraa a otros sistemas e res,uesta.

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? Desp*$=$8ie!&' *)(i%': 6e em,lea como manifestación en los termómetros

con (!sta"o e (irioG los manómetros con tu)o e (irio 7 otros similares.

 am)i*n se em,lea como seal e transmisión en los sistemas e termómetrollenos e l/uio 7 e tu)o met!licoG 7 en otros sistemas.

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?M';i8ie!&' %e (!$ *(= ' >$= %e e*ec&r'!es

: 6e em,lea como

manifestación en los oscilosco,iosG osciló"rafosG "al(anómetros e -a+ e lu+ 7

otros seme0antes. am)i*n se utili+a como elemento sensi)le e ,osición en

al"unas a,licaciones one se re/uiere /ue la fuer+a e reacción el elemento

sensi)le sea es,recia)le.

69F(er=$

8s un ti,o comn e seal utili+aa en la con(ersiónG transmisión 7 utili+ación

e las meiciones.

• F(er=$ 8ec"!ic$ &'&$*: 6e usa con frecuencia como entraa e

controlG como elemento e con(ersión en los is,ositi(os e fuer+as

)alanceaas 7 ,ara la transmisión e seales a istancias meias en

uniaes e lon"itu. 6e ,uee eri(ar 7 con(ertir en mo(imientoG o

en ,resión iferencial o est!tica.

• Presi!: ;a fuer+a ,or unia e !rea en los =uios es una seal e

meición /ue em,lea ,ara la transmisión e la meición. 6e utili+a

tanto como ,resión est!tica como la iferencial con (alores /ue (aranese ,resiones iferenciales e ,ul"aas e a"uaG las cuales se

esarrollan meiante una ,laca ori'cioG -asta ,resiones e 1.%%%

l).F,ul"2

esarrollaas en sistemas con termómetro lleno e "as 7

sellaos. ;as ,resiones neum!ticas /ue se ace,tan como est!nar son

# a 15 l).F,ul"2

,oco usual e # a 2 l).F,ul"2 ,ara la transmisión

neum!tica e las seales e meición 7 control.

c9 Se$*es e*

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• Se$* %e ;'*&$Be ' c'rrie!&e: ;as seales e (olta0e o corriente

tienen una relación '0a entre la (aria)le meia 7 la seal e (olta0e o

e corriente.

• Se$* %e re*$ci! %e ;'*&$Be ? c'rrie!&e : ;as seales e relación

e (olta0e 7 corriente son a/uellas en /ue la relación entre el (olta0e 7

la corriente es la caracterstica si"ni'cati(a e la seal e meición.

Cuano el cam)io en la (aria)le

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/ue se mie ,rouce un cam)io e im,eancia en el circuito e

meiciónG la relación entre el (olta0e 7 la corrienteG o entre los (olta0es

o corrientes e entraa 7 e saliaG e'ne el (alor meio.

%9Se$*es %e 8e%ici! %e &ie8p' 8'%(*$%'

Para la transmisión e las meicionesG ,articularmente a "ranes istancias se

utili+a cierto nmero e seales e tiem,o moulao el ti,o Ka)ierto L

cerraoM.

• Se$* %e %(r$ci! %e (! p(*s': Neneralmente o,eran con la

uración e un ciclo constante /ue (ara entre 1 7 15 se"unosG enone la relación entre el tiem,o /ue el circuito esta cerrao 7 el

tiem,o en /ue el circuito se encuentra a)iertoG urante caa cicloG

re,resenta el (alor e la (aria)le. ;as seales con uración e un ,ulso

tam)i*n se utili+an ,ara la inte"raciónG sin /ue im,orte la istancia e

transmisión.

• Se$* %e 7rec(e!ci$: ;a seal e la frecuencia re,resenta el cam)io

el (alor e la (aria)le /ue se mieG se em,lean con frecuencia ,ara la

transmisión e la meiciónG ,articularmente so)re circuitos ,ortaores7 circuitos raiotransmisores. ;a (elocia rotacional a (eces se

transforma a frecuencia como seal e meiciónG sin /ue ten"a

im,ortancia la istancia e transmisión.

• Se$* %e 8'%(*$ci! %e p(*s's c*$;e: ;a seal e meición ,uee

ser sim,lemente la cuenta el nmero e ,ulsos entro e cierto

inter(alo e tiem,oG o ,uee ser una seal )inaria totalmente

coi'caa o ecimal )inaria. ;os ,ulsos cla(e se utili+an

frecuentemente en las com,utaoras i"italesG en los re"istraores

/ue o,eran con atos i"itales.

+9/Re*$ci! %e* i!s&r(8e!&' ? e* c'!&r'* %e pr'ces's

;a '"ura 1.# muestra como es ,osi)le controlar el ,roceso e "iro e un motor al

conocer la ,osición e salia sensaa ,or la (ariación e la ,osición e un cursor

so)re una resistencia (aria)le. Otro forma sim,le es sensar la ,resión 7Fo

tem,eratura e un ,roceso con las cuales se ,uee eterminar a ,artir e la

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ecuación e estao la (aria)le e,eniente 7 com,arar el (alor o)tenio con un

(alor e referencia set ,ointG e esta forma se ,uee alterar controlano con una

(!l(ula la entraa e mas o menos (a,or /ue ar! incrementos e tem,eratura-asta alcan+ar el

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(alor e referencia. am)i*n sim,lemente se ,uee leer e un termómetro una

tem,eratura /ue au

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 a)la 1. Varia)les 7 seales e meición

Varia)le

6eal e

   N  o   t  a

   M  o  v   i  m

   i  e  n   t  o

  m  e  c   á  n   i  c  o

   D  e  s  p   l  a  z  a  m

   i  e  n   t  o

   l   í  q  u   i   d  o

   M  o  v   i  m   i  e  n   t  o

   d  e

   l  u  z  o   d  e  u  n   h  a  z

   d  e  e   l  e  c   t  r  o  n  e  s

   F  u  e  r  z  a   t  o   t  a   l

   P  r  e  s   i   ó  n

   V  o   l   t  a   j  e  o

  r  r   i  e  n   t  e

  R  e   l  a  c   i  o  n  e  s   d  e

  v  o   l   t  a   j  e  y

  c  o  r  r   i  e  n   t  e

  u  r  a  c

  n

  e

  u   l  s  o

  F  r  e  c  u  e  n  c   i  a

   P  u   l  s  o  c   l  a  v  e

1  em,eratura 1 X X X X X X X2 Calor es,ec'co 4# Varia)le e ener"a 44 Valor calor'co 4

5 Raiación nuclear X X X3 Raiación X X X Varia)le fotom*tricas 5$ Varia)le acsticas 59 uer+a total X X X O X X X

1% omento o ,ar e X X X X X X11 Presión o (aco X X X X O X X12 lu0o X X X X X X1# Ra,ie+ o (elocia X X X X X14 Aceleración X X X X X X15 asa 213 Peso X X X X

1 iem,o transcurrio X X X X1$ recuencia X X X O X19 Posición X X X X X X X X X X2% &imensión 621 Contorno 622 Di(el X X X X X X2# &ensia 7 ,eso X X X X X24 Humea 3 X X X X25 Contenio e -umea X X X23 Viscosia X X X2 Caractersticas 7

2$ Com,osición /umica 829 Volta0e el*ctrico X X X O X X X X

#% Corriente el*ctrica X X X O X X X X

#1 Resistencia el*ctrica X X X X

#2 Inuctancia el*ctrica X X X X

## Ca,acitancia el*ctrica X X X X

#4 Im,eancia el*ctrica X X X X

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N'&$s $c*$r$&'ri$s %e *$ &$6*$ +

1. ;a tem,eratura se mie ,or raiación. oos los cuer,os raian 7 a)sor)en

ener"a e onas electroma"n*ticasG e,enieno e su tem,eraturaG la relación

entre la tem,eratura 7 la raiación no im,lica el uso e al"n transuctorG sin

em)ar"oG la raiación se em,lea ,ara meir la tem,eraturaG es,ecialmente ,ara

las altas tem,eraturas.

2. ;a masa se mie casi siem,re ,or el efecto e la "ra(eaG ,or su ,eso.

#. ;a -umea se mie ,or la tem,eratura el ,unto e roco. 8sto se a,lica a la

meición irecta e la tem,eratura el a"ua ,ura cu7a ,resión e (a,or es i"ual a

la ,resión e (a,or /ue se (a a meir 7 tam)i*n a la ,resión el (a,or el cloruro

e litio saturao en elementos saturaos con cloruro e litio.4. Do e

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Al"unas a,licaciones e los instrumentos e meia ,ueen caracteri+arse ,or tener

esencialmente una función e monitori+ación. ;os termómetrosG )arómetros 7

anemómetros sir(en ,ara ese

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PROCESO

8;88DO &8 CODRO; IDA;

8DRA&A&8 8D8RNIA

 FO A8RIA; VARIAB;8CODRO;A&A

ID6R8DO &8 8&I&A

,ro,ósitoG sim,lemente inican la conición el meio am)iente 7 sus lecturas no

sir(en como función e control en sentio orinarioG al i"ual los meiores e a"uaG

"as 7 electricia el -o"ar cuentan las cantiaes /ue se consumen e esos =uios

,ara ,oer cancelar el monto a ,a"ar ,or el usuario. 8n el caso e las em,resas /ue

tra)a0an con elementos raioacti(osG sus tra)a0aores e)en lle(ar consi"o una

,elcula /ue sir(e ,ara acusar la e

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PROCESO

8;88DO &8 CODRO; IDA; ID6R8DO &8 8&I&A

CONTROLADOR

A;8RACIOD86

8DRA&A&8 8D8RNIA

 FO A8RIA; VARIAB;8CODRO;A&A

VA;OR &868A&O &8 ;AVARIAB;8 CODRO;A&A68 POID

i"ura 1.5. ;a+o cerrao e control.

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Ca,tulo 2Ca,tulo 2

8rrores e meición8rrores e meición

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C$p)&(*' ,

,9+Err'res %e 8e%ici!

;a ,resencia uni(ersal e lo incierto en las meiciones fsicas e)e reconocerse como

,unto e ,artia en el tratamiento e los errores en los sistemas e meición. 8l

error e -ace ,resente ,or el sistema e meición ao,tao 7 ,or los ,atrones

em,leaos ,ara la cali)ración el instrumento e meia.

,9,De:!ici! %e err'r;a ma"nitu e cual/uier cantia fsica /ue se esea meir estar! inte"rao ,or un

(alorG formao en cierta unia seleccionaa e forma aecuaa 7 e un (alor

num*rico asociao. As ,or e0em,loG en la meición e tem,eratura se ,uee

seleccionar o CG el (alor num*rico ,uee ser 11% /ue e,ener! e la uniaG si

se selecciona CG la ma"nitu meia ser! 11% C. 8l "rao e falla en cuanto a

es,eci'car e

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c9 Acci! %irec&$ %e $*#! sis&e8$ 7)sic'

Al"una ,ro,iea e la (aria)le /ue se mie es la /ue se utili+a ,ara o,erar un

sistema inicaor aecuao 7 su ma"nitu se lee en una escala a,ro,iaa. 80em,lo:

;a ma"nitu e la corriente el*ctrica ,uee meirse a ,artir el ,ar e torsión /ue se

,rouce en el sistema mó(il e un am,ermetro 7 el (alor se lee consierano la

e=e

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,roceenciaG en muc-os casos e)en em,learse 'ltros e car!cter electrónico. ;os

ruios ,ueen "enerarse en:

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1. 8l sistema sensi)le ,rimario

2. 8l canal e comunicación o unión intermeia

#. 8l elemento inicaor el sistema

69 Tie8p' %e resp(es&$

8l tiem,o e res,uesta en un sistema e meición a una seal tam)i*n ,uee

contri)uir a la incertium)re e la meición. 6i la seal no es constante en su (alorG

resultar! el retraso e la res,uesta el sistema en cuanto a la inicación cu7o (alor

e,ene e una secuencia e (alores el meio estimulante entro e cierto

inter(alo e tiem,o. 80em,lo: ?uien esee meir los cam)ios e tem,eratura en el

am)iente e la c!mara e com)ustión e un motor reci,rocante no ,or! em,lear un

termómetro ,or su )a0a ca,acia e res,uesta.

Consi*rese un sistema sim,le formao ,or un inicaor e ,resión consistente en

unos fuelles conectaos a la fuente e ,roceencia e la ,resión ,or meio e un

tu)o e ,e/ueo i!metroG ,or el tu)o e)e =uir "as /ue incrementar! la ,resión el

fuelle 7 lo -ar! e

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θ   =  K (t − T )+  KT e T  2.4

Para am)os ti,os e cam)ioG la ecuación e res,uesta contiene un t*rmino transitorio

/ue escri)e la res,uesta inicial 7 un t*rmino e estao uniforme (alor asintótico e

la cur(a e res,uesta /ue

−1

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escri)e el com,ortamiento el sistema es,u*s e un inter(alo /ue es lar"o

com,arao con el tiem,o e res,uesta . ;a inicación el sistema es una función e

su tiem,o e res,uestaG as como e los cam)ios e la (aria)le /ue se mie.

i"ura 2.1. Res,uestas e un sistema e meición.

8n el caso e situaciones o sistemas mas com,licaosG la solución re/uiere e

an!lisis a,ro

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elemento el sistema con la acción e la (aria)le /ue se mieG e0em,lo e ello es la

,resencia e una ,laca ori'cio en un tu)o /ue trans,orta un =uioG en

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• I!(e!ci$ pers'!$* %e* '6ser;$%'r: Al"unos o,eraores ,ueen

a,reciar /ue el inicaor se encuentra e

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a,reciación e,ener! e la e

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8n la meición e cual/uier cantia fsicaG las o)ser(aciones est!n in=uias ,or una

cantia e factoresG los cuales se enominan ,ar!metros e meición. ;as

o)ser(aciones re,etias e la ma"nitu e cierta cantia ,ueen iferir como

resultao e la falla el is,ositi(o. 6i se su,one

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$9 Pr'8e%i' ' 8e%i$ $ri&8

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  mn

2

44G1% 1% 2  1%

σ   =2.5

6i se toma la iferencia entre caa una e las o)ser(aciones el e0em,lo ,re(io 7 la

meia o ,romeio aritm*tico se calcula el (alor e m o (alor e la es(iación

,articular con res,ecto a la meia el "ru,oG estos (alores est!n re,resentaos en la

 a)la 2.#G los c!lculos si"uientes eterminan la es(iación normali+aa )asao en la

ecuación 2.5:

σ   = = 0,21 mm

 a)la 2.#

m 2 2m < 1%

E G29

%G%# %G%9

E 2G$9

%G%# %G%9

%G1# 1G39

%G% %G49

%G%# %G%9

E %G49

%G5# 2$G%9E 2G$9

∑= 44G1%

c9 Err'r pr'6$6*e %e (!$ '6ser;$ci! si8p*e

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  m2

n  1

n

n

nmero e o)ser(aciones es "raneG la es(iación ,ro)a)le e una o)ser(ación sim,le

con res,ecto a la meia esta aa ,or la ecuación 2.3:

r = ±0,6745 σ  2.3

&one Z re,resenta la es(iación normali+aa ,re(iamente calculaaG a,licano

(alores a la ecuación 2.3 se o)tiene /ue:r = ±0,6745 ⋅ 0,21 = ±0,15mm

A-ora )ien si el nmero e o)ser(aciones es ,e/ueoG se ,uee a,licar la ecuación2.

r = ±0,6745 2.

%9 Err'r pr'6$6*e %e *$ 8e%i$

8ste se e'ne con la e

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n 1%

 R = r

= ± 0,15

= ±0,05 mm

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e9 I!&er;$*'s %e c'!:$!=$

eiante el an!lisis estastico e los atos es ,osi)le esta)lecer un inter(alo e

es(iación el (alor meioG entro el cual cierta fracción e toos los (alores ,uee

es,erarse /ue /uee incluia. 8ste inter(alo se enomina Kinter(alo e con'an+aM 7

la ,ro)a)ilia e /ue el (alor e una o)ser(ación seleccionaa al a+ar /uee entro

e este inter(alo se llama Kni(el e con'an+aM. 8n caso e /ue el nmero e

o)ser(aciones sea "rane 7 e /ue sus errores sean casuales istri)ución normal e

los erroresG los i(ersos inter(alos e con'an+a alreeor el (alor meio [ ser!n

como se inica en la a)la 2.4 e

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8n el e0em,lo anteriorG relacionao con la meición e la lon"itu e un elementoG s

\ %G22 mm.G los inter(alos e con'an+a e una o)ser(ación ,articular

corres,onientes a iferentes ni(eles e con'an+a son:

Di(el e con'an+a %G5% %G9% %G95 %G99

Inter(alo e ±%G1   ±%G4%   ±%G5   ±%G

Para el ,romeio el "ru,o 41G9 los inter(alos e con'an+a corres,onientes son:

Inter(alo e ±%G%   ±%G1   ±%G1   ±%G2

Como conclusiónG el (alor ,romeio 41G9 /ue se eterminó a ,artir e las ie+

o)ser(aciones reali+aasG ,ora es,erarse /ue se encontrara con una ,ro)a)ilia

el 5%SG entro el inter(alo e %G%5 mm con res,ecto a la meia e un nmero

in'nito e o)ser(aciones. Para el ni(el e con'an+a e 99S ,uee esta)lecerse /ue

la meia o)ser(aa 7 la meia teórica i'eren en no mas e %G2# mm.

 a)la 2.5 actores ,ara esta)lecer el inter(alo e con'an+a cuano el nmero e

o)ser(aciones es ,e/ueo.

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Otros ,untos /ue e)en estuiarse con frecuencia en el tratamiento e atos sonlos si"uientes:

1. 8liminación e atos

2. Com,aración e ,romeios

#. Pro,a"ación e errores

4. ;e7 e istri)ución normal

79 V$*'res si#!i:c$&i;'s

Al calcular o esta)lecer los resultaos e una meiciónG es im,ortante /ue los (alores

re"istraos inclu7an too lo /ue sea información til. Con frecuenciaG tam)i*n esim,ortante e

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me0or e los casos /ueara locali+ao entre 24G2 7 24G4G mientras /ue ,ara el

,eor e los casos estara entre 2#G# 7 25G#.

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2. Ci7r$s #*'6$*es: Al reonear un nmeroG el ltimo "ito retenio e)e

aumentarse en una unia cuano el ,rimer "ito eliminao sea ma7or /ue

5G o cuano sea 5 se"uio e "itos iferentes e cero. 8l ltimo "ito no

e)e cam)iarse cuano el "ito eliminao sea menor /ue 5. AsG en caso e

/uerer reonear el nmero 24G#52 a tres cifras si"ni'cati(asG e)er!

inicarse en la forma 24G4G mientras /ue el nmero 24G#49 e)e inicarse

como 24G#.

#. Cer's si#!i:c$&i;'s: Para e(itar confusiones 7 ,or con(eniencia en la

multi,licación 7 en la i(isiónG los ceros /ue no sean si"ni'cati(osG ,ero /ue

solo sir(en ,ara inicar la locali+ación el ,unto ecimalG no e)en utili+arseen el nmero esta)lecio. 8s mas aecuao inicar la locali+ación el ,unto

ecimal en forma e

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3. C8p(&'s 8$!($*es: A los efectos e reali+ar las o,eracionesG se

recomiena el em,leo e calculaoras electrónicasG el formato e,ener! e

los "itos necesarios mantener en la ,antalla. 8n ocasiones se recomiena

o,erar con lo"aritmosG ,ara lo cual no es necesario retener en la mantisa

ma7or nmero e "itos e los /ue sean si"ni'cati(os en el factor num*rico

corres,oniente.

. O6&e!ci! %e pr'8e%i's: Al o)tener el ,romeio e cuatro o mas nmerosG

,uee retenerse un "ito aicional en com,aración con los ,ertenecientes a

los (alores ,articulares 7 consierarlo /ue tiene cierta si"ni'cancia ,osi)le.

$. Í!%ice %e precisi!: 8l nmero /ue re,resenta el nice e ,recisión nunca

e)e esta)lecerse con mas e os cifras si"ni'cati(as.

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Ca,tulo #Ca,tulo #

*toos e meición*toos e meición

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9C$p)&(*' -

-9+ M

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;a ma7ora e las meiciones se reali+an con el au

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estar alreeor e los mecanismos em,leaos ,ara la meición e (olta0eG

resistencia el*ctricaG inuctanciaG ca,acitancia e inuctancia.

na "ran cantia e meiciones el*ctricas se reali+an meiante circuitos

enominaos ,uentesG a continuación se mencionan al"unos:

Puente e Q-eatstone Puente e inuctancia

Puente e ca,acitancia Puente e resistencia

;a '"ura #.1 ilustra un ,uente e Q-eatstone )!sico em,leao ,ara meir

tem,eraturasG la metoolo"a usaa ,ara el mane0o el is,ositi(o se etallar! en el

tema corres,oniente a meición e tem,eratura. 8stos is,ositi(os el*ctricos

o,eran con corriente alternaG otros con corriente irecta 7 otros con am)os ti,os e

corriente. 8n el caso e un termo,ar o termocu,laG mien la corriente irecta el

termo,ar transformano el es)alance el circuito en corriente alterna ,ara la

am,li'cación 7 o,eración e los mecanismos e )alanceo.

i"ura #.1. Puente e Q-eatstone em,leao ,ara meir tem,eraturas.

Por lo "eneralG los ,uentes ,ueen o,erarse en os formas iferentesG a sa)er:

• Como un circuito e e=e

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• Como un circuito e )alance a cero: en estosG los (alores el*ctricos el

,uente se lle(an a la conición e )alance en tal forma /ue no =u7a

corriente a tra(*s el

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mecanismo etector. 8n la ma7ora e los casosG el sistema e )alanceo

es totalmente automati+aoG aun/ue en los la)oratorios 7 al"unas

inustrias los ,re'eren manuales.

;os circuitos e meición ,ueen clasi'carse e la si"uiente manera:

• eición irecta el (olta0e meiante mili(oltmetros.

• eición el (olta0e meiante ,otenciómetros e e=e

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es,eci'caciones im,r!cticas /ue inican un funcionamiento i'cultoso 7 con

frecuencia innecesarioG no sólo an lu"ar a costos iniciales

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e

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en la corriente ,ara is,oner e una res,uesta r!,ia a la tem,eratura e la

corriente.

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i"ura #.#. Resultaos o)tenios con el controlaor a0ustao ,ara utili+arse con el

termómetro e )a0a (elocia

-9- E7ec&' %e* re&$r%' %e* i!s&r(8e!&' e! *$ resp(es&$ %i!"8ic$9

;a '"ura #.# muestra los resultaos e em,lear un termómetro con'nao en un

cas/uillo re,resenta )a0a (elocia e res,uestaG la '"ura ) muestra el efecto el

controlaor so)re el (!sta"o e la (!l(ulaG se ,ueen o)ser(ar cur(as continuas con

cam)ios nota)les 0usto one se inician cam)ios en la tem,eraturaG el retaro e)io

al cas/uillo ,rouce unos cam)ios sua(es en el controlaorG mientras /ue la '"ura

#.4 muestra los resultaos el control con una res,uesta r!,ia al em,lear un

termómetro e resistencia u)icao irectamente en la corriente el (a,or e a"uaG la

'"ura ) muestra mo(imientos continuos el (!sta"o e la (!l(ula. 8n t*rminos

"enerales el retraso en la meición es ,articularmente ,eli"rosoG ,ues la

inesta)ilia /ue se ,resenta con el cam)io e la (aria)le meia no se corri"e con

la ,rontitu necesaria 7 cuano se em,lean estrate"ias mas r!,ias los mo(imientos

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e la (!l(ula resultan e

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am,litues in!micas mas e

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n caso sim,leG o sea la meición e la tem,eratura el (a,or e a"ua ,roceente

e una caleraG es una meición irecta e la calia. Conocieno las

caractersticas el =uio e

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,roceso (a,or e a"ua seco con una ,e/uea ,ro,orción e (a,or

so)recalentaoG la tem,eraturaG ,resión 7 el "raiente e ,resión a tra(*s el

ori'cio o e la to)era e =u0o como meición ,rimaria el =u0oG las caractersticas

el (a,or e a"ua e salia /uean com,letamente e'nias. ;a tem,eratura se

mie irectamente. ;a meición ,or lo comn se re"istra 7 tam)i*n se a,lica a un

sistema e control ,ara mantener la tem,eratura a cierto (alor re/uerio ,ara las

coniciones e o,eración en ,articular. Dótese /ue la tem,eratura ,or s misma

es e inter*s. 8l so)recalentamientoG /ue ,or lo "eneralG es e "ran im,ortanciaG

se eri(a a ,artir e la meición e la tem,eratura 7 e la ,resión. 8l =u0o se

calcula a ,artir el "raiente e ,resión a tra(*s el ori'cioG corre"io tanto ,or

tem,eratura como ,or ,resión.

69 Te8per$&(r$ %e c'!%e!s$ci! %e* ;$p'r %e $#($ c'8' 8e%i%$ %e*

c'!&e!i%' %e >(8e%$% e! e* p$pe*

n se"uno e0em,lo e la a,licación e la tem,eratura consiste en la meición

e la tem,eratura e conensación el (a,or e a"ua utili+ao ,ara el secao el

,a,el en la m!/uina e ela)oración el mismo. 8n este casoG el o)0eti(o raica en

el secao el ,a,elG en tal forma /ue el contenio e -umea el ,roucto 'nal

se encuentre a cierto ni(el re/uerio. ;a tem,eratura se a0usta e acuero conal"una eterminación ine,eniente el contenio e -umea. 8n esta

o,eraciónG la tem,eratura e conensación el (a,or e a"ua no es en s una

meia el contenio e -umea el ,a,elG sino m!s )ien e las coniciones e

,roceso relacionaas ,or inferencia con la calia el ,roucto. ;a constancia 7 la

re,eti)ilia e la meición son e im,ortancia ,ero el (alor a)soluto es e ,oco

inter*s relati(amente. 8s comn este ti,o e meición e las coniciones e

,roceso.

Cual/uier cam)io en la tem,eratura ,rouce el cam)io corres,oniente /ue

,uee ,reecirse en cuanto al contenio e -umea. a /ue la meición e la

tem,eratura el (a,or e a"ua es sencillaG se"ura 7 e relati(o )a0o costoG se le

utili+a ,ara el control el contenio e -umea. 8n la o,eración normalG la

tem,eratura se a0usta cuano se re/uiere cierto cam)io en el contenio e

-umea. 6in em)ar"oG el contenio e -umea e la -o0a e,ene no sólo e

la tem,eraturaG sino tam)i*n e otro con0unto e (aria)lesG inclu7eno la li)erta

e mo(imiento e la car"a e alimentación suministraa a la ma/uinariaG

conición e la ,rensa e 'eltro 7 e otras (aria)les e meición i"ualmente

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i'cultosas. 8n consecuenciaG la meición 7 el control e la tem,eratura e los

secaores es e utiliaG ,ero ,or s mismas no son su'cientes ,ara lo"rar la

calia e ,roucto eseaa. 8sto es t,ico e las meiciones ,or inferencia en/ue se mie la conición el ,roceso en lu"ar e las caractersticas el ,roucto.

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;a eterminación el contenio e -umea real e la -o0a ,uee lle"ar a tomar una

"ran (ariea e formas. &e moo t,icoG es ,osi)le /ue el o,eraor 0u+"ue

sim,lemente el contenio e -umea `,al,ano` la -o0a. Por otra ,arteG el

contenio e -umea ,uee eterminarse continuamente meiante la meición e

la constante iel*ctricaG la cualG a su (e+G se cali)ra en función e eterminaciones

"ra(im*tricas e la -umea.

c9 L$ &e8per$&(r$ e! *$ 8e%ici! %e* (B' %e #$ses

n tercer ti,o e a,licación e la meición e la tem,eratura se encuentra en la

meia el =u0o e "ases. 8n la ,roucción 7 istri)ución e "asesG la meición se

efecta en t*rminos e ,ies#

en coniciones normales. Consierano el -ec-o e /ue

la ma7ora e las estaciones meioras e "as ,ueen mane0ar cientos e millones

e ,ies#

,or aG es e(iente lo im,r!ctico e is,oner e este "as en las coniciones

normales e tem,eratura 7 ,resión atmosf*ricaG 7 lue"o ,roceer a la meición

(olum*trica. 8l Re,orte Do. # e la American Nas AssociationG o sea el ,atrón comnG

e

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ma7or e (aria)les /ue afectan el contenio e -umeaG ,ero la tem,eratura es

casi la nica (aria)le /ue ,uee meirse con facilia. AsimismoG es la (aria)le

/ue se mani,ula 7 meiante la cual se mantiene la calia el ,roucto 'nal en el(alor re/uerio. a /ue muc-as

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e las otras (aria)les /ue in=u7en en el contenio e -umea no ,ueen

meirse no es ,osi)le eterminar el (alor real el contenio e -umea. 6in

em)ar"oG la meición e la tem,eratura suministra un ,roceimiento e utilia

,ara la o,eración e secao el ,a,el.

8l mismo ra+onamiento "eneral es e a,licación a otras meiciones. ;os

,ro)lemas /ue /uean im,licaos en al"unas e las eterminaciones analticas

e ma7or com,le0ia re/uieren e un estuio muc-o m!s etallao ,ara lo"rar

la a,reciación com,leta el si"ni'cao e al"unas e las meiciones. Do

o)stanteG es ,osi)le la a,licación e los mismos ,rinci,ios "enerales. ;a

im,ortancia raica en el -ec-o e /ueG -acieno caso omiso e la meiciónG elsi"ni'cao en cuanto a la o,eración e)e com,renerse claramente como )ase

,ara la selecciónG a,licación e inter,retación e los (alores resultantes e la

meición.

-9/ HUE ES LO UE DE5E LOGRARSE COMO RESULTADO DE LA MEDICIÓNJ

Para cual/uier meición es,ec'caG la res,uesta a esta ,re"unta /uea im,lcita en

el si"ni'cao )!sico e la meición. Cuano e

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e(iente /ue muc-as e las meiciones son e utilia. 8n otros casos se re/uiere e

un 0uicio )alanceao en cuanto a lo /ue se esea lo"rar como resultao e una

meición ,articular en t*rminos e me0ora e caliaG aumento en la ,roucti(iaGreucción e los costos e manufacturaG 7 as sucesi(amenteG en

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com,aración e too lo incluio ,ara o)tener la meición re/ueria. 8l as,ecto

relacionao con el criterio a menuo es e im,ortancia cuano la selección e)e

efectuarse entre la meición e una cantia sim,le 7 e reali+ación sencillaG /ue

sólo est* relacionaa inirectamente con el (alor re/uerioG 7 con una meición m!s

com,licaa 7 e ma7or costo /ue ten"a una correlación m!s irecta con el (alor

eseao.

;as consieraciones usuales e me0or caliaG ma7or cantiaG 7 reucción e los

costos e mano e o)raG son e(ientes 7 se -an reconocio como satisfactorias. 8n

muc-os casosG la se"uria es una función irecta e la meición en too momentoG

consierano ese la inicación e e

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Ca,tulo 4Ca,tulo 4

eición el instrumentoeición el instrumento

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C$p)&(*' .

.9+ Me%ici! %e* i!s&r(8e!&'

;os ,rocesos inustriales e

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relación ,reeterminaaG o )ien "uarano una relación eterminaa con otra

(aria)le.

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8l sistema e control /ue ,ermite este mantenimiento e las (aria)les ,uee

e'nirse como a/uel /ue com,ara el (alor e la (aria)le o conición a controlar con

un (alor eseao 7 toma una acción e corrección e acuero con la es(iación

e

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i"ura 4.2. Bucle cerrao e re"ulación

8n am)os casos se o)ser(a /ue e

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las coniciones sean in!micasG e

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instrumento: su (alor e,ene el ti,o e =uio el ,rocesoG e su (elociaG el

elemento ,rimario termo,arG )ul)o 7 ca,ilarG e los meios e ,rotección (ainaG ,o+oG

cas/uilloG etc. 8l error medio el instrumento es la meia aritm*tica e los errores en

caa ,unto e la meia eterminaos ,ara toos los (alores crecientes 7 ecrecientes

e la (aria)le meia.

.9- A*c$!ce Ksp$!

8s la iferencia al"e)raica entre los (alores su,erior e inferior el cam,o e meia

el instrumento. 8n el instrumento e tem,eratura e la '"ura 4.#G su (alor es e

2%% C.

.9. I!cer&i%(86re %e *$ 8e%i%$ K(!cer&$i!&?

6on los errores /ue e

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estar! com,renio entre 15% %G5 J 2%%F1%% \ 15% 1G es ecirG entre 149 7

151 C

b)Direc&$8e!&e e! (!i%$%es %e *$ ;$ri$6*e 8e%i%$. 80em,lo: Precisión e 1C

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c)T$!&' p'r cie!&' %e *$ *ec&(r$ e7ec&($%$. 80em,lo: Precisión e 1 S e 15% Ces ecir

1G5 C

d)T$!&' p'r cie!&' %e* ;$*'r 8"i8' %e* c$8p' %e 8e%i%$. 80em,lo: Precisión

e : %G5 S e #%% C \ 1G5 C

i"ura 4.#. &e'niciones e los instrumentos

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e)T$!&' p'r cie!&' %e *$ *'!#i&(% %e *$ esc$*$. 80em,lo: 6i la lon"itu e la

escala el instrumento e la '"ura 4.# es e 15% mm.G la ,recisión e %G5 S

re,resentar! %G5 mm. en la escala.

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;a ,recisión (ara en caa ,unto el cam,o e meia si )ienG el fa)ricante la

es,eci'ca en too el mar"en el instrumento inicano a (eces su (alor en al"unas

+onas e la escala. Por e0em,lo: un manómetro ,uee tener una ,recisión e 1 S

en toa la escala 7 e %G5 S en la +ona central. Cuano se esea o)tener la

m!

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Ca,acia e re,roucción e un instrumento e las meias re,etiti(as e la

lectura o seal e salia ,ara el mismo (alor e la (aria)le meia alcan+ao en

am)os sentiosG en las mismas coniciones e ser(icio 7 a lo lar"o e un ,eroo etiem,o eterminao. Por e0em,loG un (alor

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re,resentati(o sera %G2 S el alcance e la lectura o seal e salia a lo lar"o e

un ,eroo e #% as.

.93 Se!si6i*i%$% Kse!si&i;i&?

8s la ra+ón entre el incremento e la lectura 7 el incremento e la (aria)le /ue lo

ocasionaG es,u*s e -a)erse alcan+ao el estao e re,oso. Viene aa en tanto

,or ciento el alcance e la meia. 6i la sensi)ilia el instrumento e

tem,eratura e la '"ura 4.# es e %G%5 S su (alor ser! e %G%5 J 2%%F1%% \ %G1

C.

Ha7 /ue sealar /ue no e)e confunirse la sensi)ilia con el t*rmino e +ona muerta

son e'niciones )!sicamente istintas /ue antes era f!cil confunir cuano la e'nición

inicial e la sensi)ilia era valor mínimo en que se ha de modifcar la variable para

apreciar un cambio medible en el índice o en la pluma de registro del instrumentod.

Sensibilidad = Cambio en la lectura de la escala del instrumento

Cambio en la cantidad que se esta midiendo

.9+4 Res'*(ci! ' %iscri8i!$ci!

a"nitu e los cam)ios en escalón e la seal e salia e

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,or ciento el alcance e la meia. Por e0em,lo: en el instrumento e la '"ura 4.#

es e %G1 SG es ecirG e %G1 J 2%%F1%% \ %G2 C.

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.9+- U86r$*

Cuano la ma"nitu o)0eto e meia aumenta "raualmente ,artieno e ceroG es

,osi)le /ue ten"a /ue alcan+ar un ni(el mnimo antes e /ue el instrumento

res,ona 7 ,ro,orcione una lectura ,erce,ti)le.

.9+. Desp*$=$8ie!&' %e* cer'

Ocurre cuano la meia cero no coincie con el cero e la escalaG lo normal es /ue

sin sensar nin"una (aria)leG se e)e leer cero el instrumento. 8ste ,ro)lema ,uee

cam)iar con el tiem,o. &e esta formaG ,or e0em,loG un meior /ue ten"a un a su

a"u0a en la marca ceroG un mes m!s tare ,uee inicar una lectura menor /ue cero

a ,esar e /ue no -a sio utili+ao ,ara reali+ar nin"una meia.

.9+/ De8'r$

Cuano la ma"nitu /ue est! sieno meia cam)iaG ,uee transcurrir un cierto

tiem,oG llamao tiem,o e res,uestaG antes e /ue el instrumento e meia

res,ona a ic-o cam)io.

.9+0 @is&

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8s la relación matem!ticaG "r!'ca o ta)ular entre las e

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.9+2 C$*i6r$ci!

8s el ,roceso e colocar marcas en un (isuali+aor o com,ro)ar un sistema e

meias se"n unos est!naresG cuano el transuctor se encuentra en un meio

e'nio.

.9+3 Deri;$

8s una (ariación en la seal e salia /ue se ,resenta en un ,eroo e tiem,o

eterminao mientras se mantienen constantes la (aria)le meia 7 toas las

coniciones am)ientales. 6e suelen consierar la eri(a e cero (ariación en la seal

e salia ,ara el (alor cero e la meia atri)ui)le a cual/uier causa interna 7 la

eri(a t*rmica e cero (ariación en la seal e salia a meia ceroG e)ia a los

efectos nicos e la tem,eratura. ;a eri(a est! e

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Ca,tulo 5Ca,tulo 5

6eales6eales

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C$p)&(*' /

/9+Se$*es

;os conce,tos e seales 7 sistemas a,arecen en una (ariea mu7 am,lia e

cam,osG las ieas 7 t*cnicas asociaas con estos conce,tos 0ue"an un ,a,el

im,ortante en !reas tan i(ersas e la ciencia 7 tecnolo"a como comunicacionesG

aeron!utica 7 astron!uticaG iseo e circuitosG acsticaG sismolo"aG in"eniera

)iom*icaG sistemas e "eneración 7 istri)ución e ener"aG control e ,rocesos

/umicos 7 ,rocesamiento e (o+.

6i )ien la naturale+a fsica e las seales 7 sistemas /ue a,arecen en estas

isci,linas tan i(ersas ,ueen ser iametralmente iferentesG toos ellos tienen en

comn os caractersticas )!sicas.

ientras /ue las seales son funciones e una o m!s (aria)les ine,enientes 7

contienen información acerca e la naturale+a o com,ortamiento e al"n fenómenoG

los sistemas res,onen a seales ,articulares ,roucieno otras seales.

;os (olta0es 7 corrientes como funciones el tiem,o en un circuito el*ctrico son

e0em,los e sealesG 7 el circuito esG en sG un e0em,lo e un sistemaG el cualG en este

casoG res,one a los (olta0es 7 corrientes /ue se le a,lican. Por citar otro e0em,loG

cuano el conuctor e un automó(il ,resiona el ,eal el aceleraorG el automó(il

res,one incrementano la (elocia el (e-culo. 8n este casoG el sistema es el

automó(ilG la ,resión so)re el ,eal el aceleraor es la entraa el sistemaG 7 la

(elocia el automó(il la res,uesta.

n ,ro"rama e com,utaora ,ara el ia"nóstico autom!tico e electrocario"ramas

,uee ser consierao como un sistemaG /ue tiene como entraa un

electrocario"rama i"itali+ao 7 como salia ,rouce estimaciones e ,ar!metros

como el ritmo cariaco. na c!mara es un sistema /ue reci)e lu+ irecta e

iferentes fuentes 7Fo re=e0aa ese los o)0etosG 7 ,rouce una foto"rafa.

8n la "ran (ariea e conte

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casosG se ,resenta un sistema es,ec'co 7 e)e ser caracteri+ao con etalle ,ara

entener cómo res,oner! a i(ersas entraas.

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Otra clase mu7 im,ortante e a,licaciones en las /ue a,arecen los conce,tos 7

t*cnicas el an!lisis e seales 7 sistemas son a/uellas en las /ue se esea moi'car

las caractersticas e un sistema aoG /ui+! a tra(*s e la selección e seales e

entraa es,ec'cas o com)inano el sistema con otros sistemas. n e0em,lo e esta

clase e a,licaciones es el control e ,lantas /umicasG un !rea en "eneral referia

como control e ,rocesos. 8n esta clase e a,licacionesG un con0unto e sensores

mien las seales fsicasG como tem,eraturaG -umeaG ,ro,orciones /umicas 7

otrasG 7 con )ase en estas meicionesG un sistema re"ulaor "enera seales e

control ,ara re"ular el ,roceso /umico en marc-a. n se"uno e0em,lo est!

relacionao con el -ec-o e /ue al"unos a(iones e caractersticas mu7 a(an+aas

son re,resentati(os e sistemas in-erentemente inesta)lesG en otras ,ala)rasG suscaractersticas aeroin!micas son tales /ue sin seales e control iseaas en

forma cuiaosaG seran inmane0a)les. anto en este casoG como en el e0em,lo

anterior el control e ,rocesosG el conce,to conocio como retroalimentación 0ue"a

un ,a,el ,rinci,al.

8n al"unos e los e0em,los mencionaosG las seales (aran e forma continua en el

tiem,oG mientras /ue en otrosG su e(olución se escri)e sólo en ,untos iscretos el

tiem,o. Por e0em,loG en la restauración e anti"uas "ra)aciones e auio el inter*s

son las seales e auio /ue (aran en forma continua. Por otro laoG el cierre iario

el ,romeio el nice )urs!til esG ,or su ,ro,ia naturale+aG una seal /ue

e(oluciona en ,untos iscretos en el tiem,o es ecirG al cierre e caa a. 8n lu"ar

e una cur(a como una funón e una (aria)le continuaG el ,romeio el nice

)urs!til al cierre es una secuencia e nmeros asociaa con instantes en tiem,o

iscreto en los /ue est! es,eci'caa. 8sta istinción en la escri,ción )!sica e la

e(olución e seales 7 e los sistemas /ue res,onen 7 ,rocesan estas seales

conuce e forma natural a os marcos ,aralelos ,ara el an!lisis e seales 7

sistemasG uno ,ara fenómenos 7 ,rocesos /ue son escritos en t ie8p' c'!&i!('G 7

otro ,ara a/uellos /ue son escritos en &ie8p' %iscre&'. ;os conce,tos 7 t*cnicas

asociaosG tanto con las seales 7 sistemas e tiem,o continuo como las seales 7

sistemas e tiem,o iscretoG tienen una am,lia -istoria 7 se encuentran mu7

relacionaos. 6in em)ar"oG -istóricamenteG e)io a /ue en el ,asao sus

a,licaciones -an sio mu7 iferentesG la ma7or ,arte e su estuio 7 esarrollo se -a

reali+ao en forma se,araa. ;as seales 7 sistemas e tiem,o continuo tienen

fuertes races en los ,ro)lemas asociaos con la fsica 7G en el ,asao recienteG con

los circuitos el*ctricos 7 las comunicaciones. ;as t*cnicas e seales 7 sistemas e

tiem,o iscreto tienen fuertes races en el an!lisis num*ricoG en la estasticaG 7 en el

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an!lisis e series e tiem,o asociaas con a,licaciones como el an!lisis e atos

económicos 7 emo"r!'cos. A lo lar"o e las ltimas *caas las isci,linas e

seales 7 sistemas e tiem,o continuo 7 e tiem,o iscreto se -an entrela+aocaa (e+ m!s 7 sus a,licaciones -an lle"ao a estar mu7

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interrelacionaas. na "ran moti(ación ,ara esta interrelación -an sio los

im,resionantes a(ances en la tecnolo"a el esarrollo e sistemas 7 e la

"eneración e seales. 8n es,ec'coG el esarrollo tan r!,io e com,utaoras

i"itales e alta (elociaG e circuitos inte"raosG 7 e t*cnicas ,ara la fa)ricación

e com,le0os is,ositi(os electrónicos e alta ensiaG -a -ec-o caa (e+ m!s

(enta0oso consierar el ,rocesamiento e seales e tiem,o continuo

re,resent!nolas con muestras es,aciaas a inter(alos i"uales en el tiem,o es

ecirG con(irti*nolas a seales e tiem,o iscreto. 8s un -ec-o nota)le /ue con

relati(as restriccionesG una seal e tiem,o continuo se ,uee re,resentar en su

totalia meiante un con0unto e muestras en ,articular.

Ha7 os ti,os )!sicos e sealesG e &ie8p' c'!&i!(' 7 e &ie8p' %iscre&'. 8n el

caso e las seales e tiem,o continuo la (aria)le ine,eniente es continua 7

entonces estas seales est!n e'nias ,ara una sucesión continua e (alores e la

(aria)le ine,eniente. Por otra ,arteG las seales e tiem,o iscreto est!n sólo

e'nias en tiem,os iscretos 7G en consecuencia ,ara estas sealesG la (aria)le

ine,eniente toma sólo un con0unto e (alores iscretos. na seal e (o+ como

una función el tiem,o 7 la ,resión atmosf*rica como una función e la altitu son

e0em,los e seales e tiem,o continuo. 8l nice &o_ ones semanal el mercao

e (alores es un e0em,lo e una seal e tiem,o iscretoG la cual se ilustra en la'"ura 5.1. Otros e0em,los e seales e tiem,o iscreto ,ueen encontrarse en

estuios emo"r!'cos e ,o)lación en los cuales (arios atri)utosG tales como in"reso

,romeioG nice e criminalia o ilo"ramos e ,escao ca,turaoG se ta)ulan

contra (aria)les.

8n esta materiaG In"eniera e la eición se e)en resaltar las seales ca,turaas

,or sensores /ue au

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i"ital a tra(*s e con(ersores AF&C /ue e)en estar u)icaos en sitios mu7

,ró

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ienti'car con un 4 7 la ,resencia e cual/uier (alor ser! la re,resentación el +G ,or

lo tantoG no im,orta si el (alor el (olta0e o lu+ lle"a isminuioG su ,resencia

si"ni'ca la unia 7 su ausencia un cero.

i"ura 5.1. 80em,lo e una seal e tiem,o iscreto. nice &o_ ones semanal

el mercao e (aloresG ese el 5 e enero e 1929 -asta el 4 e enero e 19#%.

;a '"ura 5.2 ilustra la secuencia em,leaa ,ara la transformación e la seal

analó"ica 7 su ,rocesamiento ,osterior en las estaciones e tra)a0o.

i"ura 5.2. ases e una seal analó"ica ,ara su ,osterior tratamiento en una estación

e tra)a0o

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/9,Tip's %e se$*es

8n el ,!rrafo anterior se comentó acerca e las seales 7 su ti,oG ,ara resumir

)!sicamente se reconocen las seales como analó"icas las cuales a su (e+ ,ueen

ser continuas o iscretasG las seales analó"icas ,ara ,oer ser trataas ,or

com,utaoras re/uieren e su con(ersión a seales i"itales.

/9-Se$* $!$*#ic$

6e e'ne como funciones continuasG como una "r!'ca e (olta0e contra tiem,oG o

es,la+amiento contra ,resión.

/9.Se$* %iscre&$

Consiste en un nmero e ,ulsos iscretos 7 iscontinuos cu7a relación e tiem,o

contiene información referente a la ma"nitu o naturale+a e la cantia. n e0em,lo

lo ilustra la '"ura 5.1

/9/Se$* e*

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comunicación )iireccionalG ,osee la moalia i"ital /ue ,ermite conectar -asta 15

instrumentos a un solo ca)le esta seal ,ermite mane0ar -asta 253 (aria)les en

caa is,ositi(o e cam,o.

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Por muc-os aosG el est!nar e comunicación ,ara e/ui,os e ,rocesos

autom!ticosG -a sio '0ao en una seal e corriente analó"ica en miliam,erios mA.

;a seal e corriente en mAG (aria entre 4 7 2% mA en ,ro,orción a la (aria)le /ue se

est* miieno. E! (!$ $p*ic$ci! &)pic$ *$ se$* %e . 8A c'rresp'!%er)$ $*

*)8i&e i!7eri'r %e* r$!#' %e c$*i6r$ci! 8ie!&r$s (e ,4 8A c'rresp'!%er"

$* *)8i&e s(peri'r9 Si (! sis&e8$ es&$ c$*i6r$%' %e 4 $ +44 Psi e!&'!ces (!$

se$* $!$*#ic$ %e +, 8A K/4 %e* R$!#' c'rresp'!%er)$ $ /4 Psi9

Virtualmente toos los sistemas utili+an este est!nar internacional ,ara comunicar

(aria)les e ,roceso.

8s necesaria la con(ersión e seales analó"ica e los sensoresG )ien sean el ti,oe Cela e Car"a o ,or Variación e Ca,acitancia en seales i"italesG ,ara ,oer

tanto com,arar con las a)las en memoriaG /ue ,ermiten a0ustar 7 com,ensar ,or

efectos tales como la em,eratura Patrones e Cali)raciónG como e'nir la

cali)ración el instrumento entro e la Ran"o)ilia el sensor. ;os ransmisores

con esta -a)ilia son los llamaos TRANSMISORES INTELIGENTES 7 ,ara ,oer

Confgurarlos, se necesita e'nir un sistema e comunicación.

8l ,rotocolo e Comunicación HARG ,ara instrumentos e cam,o los rasmisores e

Presión son Instrumentos e Cam,oG e

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8l Protocolo HARG se comunica a 12%% ),sG sin interrum,ir la seal e 4 E 2% mA 7 le

,ermite al aestro en una a,licación resiente tener os o m!s actuali+aciones ,or

se"uno e los

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Instrumentos e Cam,o escla(os. Como la seal i"ital 6g es e fase continuaG no -a7

interferencia con la seal 4 " 2% mA.

8ntonces HAR es un ,rotocolo el ti,o aestro E 8scla(osG lo /ue si"ni'ca /ue los

instrumentos e cam,o o seaG los 8scla(osG sólo -a)lan cuano el aestro les -a)la.

8sto no si"ni'ca /ue no se ,uea esta)lecer una comunicación ti,o BR6G con un

sólo ransmisor el cual est! transmitieno continuamente. 8n este caso la

actuali+ación es e # a 4 (eces ,or se"uno.

8sto ,ermite comunicación e cam,o BiireccionalG aem!s e -acer ,osi)le el

intercam)io e informaciónG mas all! e la Varia)le e ProcesoG ese 7 -acia el

instrumento e cam,o Inteli"ente. 8sta es la ra+ón ,or la cual este ti,o e

comunicación se -a7a im,uesto estimaos 1.4 millones e a,aratos con -a)ilia

HAR se -an instalao munialmenteG 7a /ue -a me0orao su)stancialmente la

e'ciencia e ,lantas alreeor el muno. 8sto e

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6on uniaes /ue tienen ,or función reco"er toa la información e los instrumentos

instalaos en cam,o 7 transmitir los atos a la nia erminal aestro G

locali+aas en las salas e control o las salas e

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,lataforma e comunicación corrientes analó"icasG seales e la+os i"itales 7Fo

cual/uier re e comunicación i"ital.

/9+4 U!i%$% %e *#ic$ ? pr'ces$8ie!&' KPLC

8l sistema el P;C KPr'#r$88$6*e L'#ic C'!&r'**erM consiste en una unia

central /ue reco"e toas las seales e entraas ló"icas e los ,rocesos e la ,lantaG

,osee un sistema e ,rocesaor centralG el cual esta formao ,or uno o m!s

micro,rocesaores /ue le an renimiento a la seal 7 le a7ua al o,eraor e la

,lanta a iri"ir toos los ,rocesos /ue est!n enla+aos al sistema.

8sta es,eci'cación es re/uisito "en*rico e un sistema e P;CG a continuación se an

etalles e los re/uerimientos ,ara im,lantar un sistema e control en una ,lanta e

,roceso real one los ,rocesos son iri"ios ,or un sistema e P;C:

• ;os ia"ramas e control e ,roceso.

• ;os etalles e meia 7 funciones e control.

• ;os ia"ramas la+o.

• 8l ,ro"rama el instrumento.

• 8l ia"rama el )lo/ue e sistema.

• 8l suministro e ener"a.

• 6istema conectao a tierra.

/9++ N'r8$s

8l ,ro7ecto e sistemas instrumentaos e control e ,rocesos re/uiere el au

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Binar7 ;o"ic &ia"rams for Process O,erations 19# so)re sm)olos e o,eraciones

)inarias e ,rocesosG 7 e I6AE65.# Nra,-ic 67m)ols for &istri)ute ControlF6-are

&is,la7 InstrumentationG ;o"ic an Com,uter

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67stems 19$2G so)re sm)olos e sistemas e micro,rocesaores con control

com,artio. Ha7 /ue sealar /ue estas normas no son e uso o)li"atorio sino /ue

constitu7en una recomenación a se"uir en la ienti'cación e los instrumentos en la

inustria.

Res(8e! N'r8$ ISAS/9+

Neneraliaes

A Caa instrumento e)e ienti'carse con sistema e letras /ue lo clasi'/ue

funcionalmente. na ienti'cación re,resentati(a es la si"uiente:

TRC 2A

Primera

;etra

;etras

sucesi(as

Dmero

el )ucle

6u'0o

Do se

usa

Ienti'caci

ón

Ienti'caci

ón el

B 8l nmero e letras funcionales ,ara un instrumento e)e ser mnimoG no e

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1. &e)en em,learse letras ma7sculas. AG BG CG etc.

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2. 8n un instrumento tal como un re"istraor e tem,eratura multi,unto /ue

im,rime nmeros ,ara ienti'cación e los ,untosG los elementos

,rimarios ,ueen numerarse

 8E25E1G 8E25E2G 8E25E#G etc*tera.

#. ;as su)i(isiones interiores e un )ucle ,ueen esi"narse ,or su'0os

formaos ,or letras 7 nmeros.

4. n instrumento /ue reali+a os o m!s funciones ,uee esi"narse ,or

toas sus funciones. Por e0em,loG un re"istraor e caual RE2 con ,luma

e ,resión PRE4 se esi"na ,referentemente RE2FPRE4 o )ien RE un

re"istraor e ,resión e os ,lumas como PREF$ 7 una (entanilla e

alarma ,ara tem,eratura alta 7 )a0a como AHF;E9.

5. ;os accesorios ,ara instrumentos tales como rot!metros e ,ur"aG 'ltros

manorreuctores 7 ,otes e sello /ue no est!n re,resentaos

e

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 AB;A 5.1. ;etras e Ienti'cación

1 ;etras

Varia)le meia #;etra e

moi'cacióunción e

lecturaunción e

salia;etra e

moi'caciónA An!lisis 4 . . . . . . . . . Alarma

;i)re 1. . . . . . . . . ... . . . . . . . . . .

8lemento,rimario. . . . . . . . . ..Virio $. . . . . . . . . ..

Inicación9 oinicaor. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .

;u+ ,iloto1%. . . . . . . . . ..

;i)reOri'cioPunto e,rue)a. . . . . . . . . . .Re"istro. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .B ;lama /uemaor . . . . . . . . . ;i)re 1 ;i)re 1C Conucti(ia . . . . . . . . . Control . . . . . . . . . . . . .& &ensia o ,eso &iferencial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8 ensión f.e.m. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Caual Relación # . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .N Cali)re . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .H anual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Alto 3 1# 14

I Corriente el*ctrica. . . . . . . . .

.. . . . . . . . . . . .

.. . . . . . . . . . . . ..

  Potencia 8

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1. Para cu)rir las esi"naciones no normali+aas /ue ,ueen em,learse

re,etiamente en un ,ro7ecto se -an ,re(isto letras li)res. 8stas letras ,ueen

tener un si"ni'cao como ,rimera letra 7 otro como letra sucesi(a. Por e0em,loG

la letra D ,uee re,resentar como ,rimera letra el móulo e elasticia 7 como

sucesi(a un oscilosco,io.

2. ;a letra sin clasi'car JG ,uee em,learse en las esi"naciones no inicaas /ue

se utilicen sólo una (e+ o un nmero limitao e (eces. 6e recomiena /ue su

si"ni'cao '"ure en el e

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un ,eroo e tiem,o terminao se esi"nar! g;. 6in em)ar"oG si se esea

ienti'car una lu+ ,iloto fuera el )ucle e controlG la lu+ ,iloto ,uee esi"narse

en la misma forma o )ien alternati(amente ,or una

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letra nica ;. Por e0em,loG una lu+ ,iloto e marc-a e un motor el*ctrico ,uee

ienti'carse 8;G su,onieno /ue la (aria)le meia aecuaa es la tensiónG o

)ien J;G su,onieno /ue la lu+ es e

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i"ura 5.#. 6im)olo"a a em,lear en ,lanos 7 i)u0os e re,resentación e

instrumentos en ,rocesos inustriales. Ver a)la 5.2G nota e llamaa con .

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 AB;A 5.2. A)re(iaturas su"erias ,ara re,resentar el ti,o e alimentación o )ien e,ur"a e =uios

*

j

j

j

j

jj

jj 8l sm)olo se a,lica tam)i*n a cual/uier seal /ue em,lee "as como meio

e transmisión. 6i se em,lea un "as istinto el aire e)e Ienti'carse con

una nota al lao el sm)olo o )ien e otro moo.

jjj ;os fenómenos electroma"n*ticos inclu7en calorG onas e raioG raiaciónnuclear 7 lu+.

8n las ,ró

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Res(8e! N'r8$ ISAS/9,

8sta norma lista los sm)olos ló"icos /ue re,resentan o,eraciones e ,roceso

)inarias reali+aas ,or cual/uier clase e -ar_areG sea el*ctricoG neum!ticoG

-ir!ulico u otro.

;a e

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• P'sici! cerr$%$: Posición /ue es O S a)ierta.

• P'sici! !' cerr$%$: na ,osición /ue es ma7or /ue O S a)ierta.

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• P'sici! i!&er8e%i$: na ,osición es,eci'caa /ue es ma7or e O S

7 menor e 1%% S a)ierta.• P'sici! !' i!&er8e%i$: na ,osición es,eci'caa /ue es su,erior o

inferior a la ,osición intermeia es,eci'caa.

8n un sistema ló"ico /ue ten"a un estao e entraa eri(ao e moo inferencial o

inirectoG ,uee ,resentarse una conición /ue conu+ca a una conclusión errónea.

Por e0em,loG la su,osición e /ue e

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S)86'*'s %e ;is($*i=$ci! %e* c'!&r'* %is&ri6(i%' Qc'8p$r&i%'1. Accesi)le normalmente al o,eraorEinicaor Fcontrolaor Fre"istrao o ,unto e

alarma.1 Visuali+ación com,artia.2 Visuali+ación 7 control com,artios.# Acceso limitao a la re e comunicaciones.4 Interfase el o,eraor en la re e comunicaciones.

2. &is,ositi(o e interfase au

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S)86'*'s %e c'!&r'* *#ic' ? sec(e!ci$*3. 6m)olo "eneral. Para com,le0os no e'nios interconectano

control ló"ico secuencial (er I6A L65.1

. Control istri)uio interconectano controlaores ló"icos confunciones ló"icas )inarias o secuenciales.

1 Pa/uete e controlaor ló"ico ,ro"rama)le ocontrolaores ló"icos i"itales inte"rales con ele/ui,o e control istri)uio.

2 Do accesi)le normalmente al o,eraor.

$. Control istri)uio interconectano un controlaor ló"ico confunciones ló"icas )inarias o secuenciales.

1 Pa/uete e controlaor ló"ico ,ro"rama)le ocontrolaores ló"icos i"itales inte"rales con ele/ui,o e control istri)uio.

2 Accesi)le normalmente al o,eraor.

9. C!lculo F aconicionamiento e seal.1 Para ienti'cación e )lo/ues consulte I6AE65.1

ta)la 2 K&esi"naciones e funciones ,ararel*sM.

2 Para re/uerimientos e c!lculos am,liosG use laesi"nación KCM. 8scri)a aclaraciones enocumentación su,lementaria.

# tili+ao en com)inación con (!l(ulas e ali(iose"n I6AE 65.1.

S)86'*'s c'8(!es1%. Re el

sistema.1 sao ,ara inicar una re e soft_areG o

cone

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com,artio o sm)olos e orenaor e esta normaG e,enieno e lalocali+ación el a,arato.

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I%e!&i:c$ci!;os cói"os e ienti'cación e esta norma e)en cum,lir con I6AE65.1 con las

si"uientes aiciones.

A*$r8$s %e s'7&$re;as alarmas e soft_are ,ueen ser ienti'caas situano letras eesi"nación e la ta)la 1.1 e I6AE65.1 en las lneas e seal e entraa o esalia e los controlaoresG o e otro com,onente es,ec'co inte"ral elsistema. Ver Alarmas /ue a,arecen ,osteriormente.

C'!&i#i%$% %e *'s s)86'*'sPueen unirse os o m!s sm)olos ,ara e

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Ca,tulo 3Ca,tulo 3

Instrumentos e meiciónInstrumentos e meición

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ELECTRICAP!"ina 1%%

 

C$p)&(*' 0

09+Tip's %e i!s&r(8e!&'s

;os instrumentos se ,ueen clasi'car se"n la función /ue reali+an 7 se"n la

(aria)le e ,roceso /ue e(aluar!nG ,or lo tanto:

a. 6e"n la 7(!ci!G los instrumentos se a"ru,an en:

• I!s&r(8e!&'s cie#'s: 8stos son a/uellos /ue no tienen inicación (isi)le e

la (aria)le. Ha7 /ue -acer notar /ue son cie"os los instrumentos e alarmaG

tales como ,resostatos 7 termostatos interru,tores e ,resión 7 tem,eratura

res,ecti(amente /ue ,oseen una escala e

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ELECTRICAP!"ina 1%1

 

,ul"aa cuaraa o electrónica e 4 a 2% mA e corriente continua. ;a seal

neum!tica e # a 15 ,si e/ui(ale a %G2%3 E 1G%## )ar %G21 E 1G%5 g".Fcm2 ,or

lo cualG tam)i*n se em,lea la seal en uniaes m*tricas %G2 a 1 )ar %G2 a 1

g".Fcm2. AsimismoG se em,lean seales electrónicas e 1 a 5 mA c.c.G e 1% a

5% mA c.c. 7 e O a 2% mA c.c.G la seal normali+aa es e 4E2% mA c.c. ;a

seal i"ital utili+aa en al"unos transmisores inteli"entes es a,ta

irectamente ,ara orenaor. 8l elemento ,rimario ,uee formar o no ,arte

inte"ral el transmisor el ,rimer caso lo constitu7e un transmisor e

tem,eratura e )ul)o 7 ca,ilar 7 el se"uno un transmisor e caual con la

,laca ori'cio como elemento ,rimario.

• Tr$!s%(c&'res: 8stos reci)en una seal e entraa función e una o m!scantiaes fsicas 7 la con(ierten moi'caa o no a una seal e salia. 6on

transuctoresG un rel*G un elemento ,rimarioG un transmisorG un con(ertior

PPFI ,resión e ,roceso a intensiaG un con(ertior PPFP ,resión e ,roceso

a seal neum!ticaG etc.

• C'!;er&i%'res: 8stos son a,aratos /ue reci)en una seal e entraa

neum!tica #E15 ,si o electrónica 4E2% mA c.c. ,roceente e un

instrumento 7 es,u*s e moi'carla en(an la resultante en forma e seal

e salia est!nar. 80em,lo: un con(ertior PFI seal e entraa neum!tica a

seal e salia electrónicaG un con(ertior IFP seal e entraa el*ctrica a

seal e salia neum!tica. 8ste ltimo t*rmino es "eneral 7 no e)e a,licarse

a un a,arato /ue con(ierta una seal e instrumentos.

• Recep&'res: 8stos reci)en las seales ,roceentes e los transmisores 7 las

inican o re"istran. ;os rece,tores controlaores en(an otra seal e salia

normali+aa a los (alores 7a inicaos #E15 ,si en seal neum!ticaG o 4E2% mA

c.c. en seal electrónicaG /ue actan so)re el elemento 'nal e control.

• C'!&r'*$%'res: 8stos com,aran la (aria)le controlaa ,resiónG ni(elG

tem,eratura con un (alor eseao 7 e0ercen una acción correcti(a e acuero

con la es(iación. ;a (aria)le controlaa la ,ueen reci)ir irectamenteG como

controlaores locales o )ien inirectamente en forma e seal neum!ticaG

electrónica o i"ital ,roceente e un transmisor.

• E*e8e!&' :!$* %e c'!&r'*: 8ste reci)e la seal el controlaor 7 moi'ca el

caual el =uio o a"ente e control. 8n el control neum!ticoG el elemento

suele ser una (!l(ula neum!tica o un ser(omotor neum!tico /ue efectan su

carrera com,leta e # a 15 ,si %G2E1 )ar. 8n el control electrónico la (!l(ula

o el ser(omotor anteriores son accionaos a tra(*s e un con(ertior e

intensia a ,resión IFP o seal i"ital a ,resión /ue con(ierte la seal

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ELECTRICAP!"ina 1%2

 electrónica e 4 a 2% mA c.c. o i"ital a neum!tica #E15 ,si. 8n el control

el*ctrico el elemento suele ser una (!l(ula motori+aa /ue efecta su carrera

com,leta

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accionaa ,or un ser(omotor el*ctrico. ;as seales neum!ticas #E15 ,si o

%G2E1 )ar o %G2E 1 g".Fcm2 7 electrónica 4E2% mA c.c. ,ermiten el

intercam)io entre instrumentos e la ,lanta. Do ocurre as en los instrumentos

e seal e salia i"ital transmisoresG controlaores one las seales son

,ro,ias e caa suministraor.

). 6e"n la ;$ri$6*e %e pr'ces'G los instrumentos se clasi'can en:

Instrumentos e caualG ni(elG ,resiónG tem,eraturaG ensia 7 ,eso

es,ec'coG -umea 7 ,unto e rocoG (iscosiaG ,osiciónG (elociaG ,HG

conucti(iaG frecuenciaG fuer+aG tur)ie+G etc. Esta clasifcación corresponde

específcamente al tipo de las se%ales medidas siendo independiente del

sistema empleado en la conversión de la se%al de proceso . &e este mooG un

transmisor neum!tico e tem,eratura el ti,o e )ul)o 7 ca,ilarG es un

instrumento e tem,eratura a ,esar e /ue la meia se efecta con(irtieno

las (ariaciones e ,resión el =uio /ue llena el )ul)o 7 el ca,ilar el a,arato

rece,tor e la seal neum!tica el transmisor anterior es un instrumento e

tem,eraturaG si )ienG al ser rece,tor neum!tico lo ,oramos consierar

instrumento e ,resiónG caualG ni(el o cual/uier otra (aria)leG se"n fuera la

seal meia ,or el transmisor corres,oniente un re"istraor ,otenciom*trico

,uee ser un instrumento e tem,eraturaG e conucti(ia o e (elociaG

se"n sean las seales meias ,or los elementos ,rimarios e termo,arG

electroos o namo. AsimismoG esta clasi'cación es ine,eniente el nmero 7

ti,o e transuctores e

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8n la '"ura 3.1 ,ueen (erse la re,resentación e los i(ersos instrumentosescritos.

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Como la calculaora i"ital tra)a0a solo con seales i"italesG cual/uier

información /ue se le suministre e)e ser en la forma i"ital. ;a salia e

la com,utaora tiene tam)i*n

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forma i"ital. AsG cual/uier comunicación con la com,utaora en el

e

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es el /ue ,rimero reci)e ener"a el meio meio 7 ,rouce una salia /ueG e

al"n mooG e,ene e la cantia meia. 8s im,ortante notar /ue un

instrumento siem,re e

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meia resulta siem,re alteraa en el acto e la meiaG sieno la causa e /ue una

meia ,erfecta resulte teóricamente im,osi)le. ;os )uenos instrumentos se

,ro7ectan e manera /ue isminu7an al mnimo este efectoG ,ero est! siem,re

,resente en menor o ma7or "rao.

;a seal e salia el elemento sensor ,rinci,al es al"una (aria)le fsicaG como un

esalo0amiento o un (olta0e. Para /ue el instrumento e0ecute la función eseaaG

,uee ser necesario con(ertir esta (aria)le en otra m!s aecuaaG sin e0ar e

conser(ar el contenio e información e la seal ori"inal. n elemento /ue e0ecuta

una función as se llama elemento e con(ersión (aria)le.

&e)e notarse /ue no toos los instrumentos necesitan incluir un elemento e

con(ersión (aria)le mientras /ue al"unos re/uieren (arios. Aem!sG los `elementos`

e /ue se -a)la son elementos acti(osG no fsicos. 8s ecirG la '"ura 3.2 muestra un

instrumento cu7os elementos acti(os -an sio claramente se,araos en )lo/uesG lo

cual ,uee -acer ,ensar /ue el a,arato fsico se ,uee se,arar con ,recisión en

su)con0untos /ue e0ecutan las funciones es,ec'cas mostraas. 8n "eneralG este no

es el caso ,or e0em,loG una ,ie+a es,ec'ca e utilera ,uee e0ecutar (arias

funciones )!sicas.

Al e0ecutar su ,ro,io tra)a0oG un instrumento ,uee re/uerir /ue una seal

re,resentaa ,or al"una (aria)le fsica se mani,ule e al"una manera. Por

mani,ulación se entieneG es,ec'camenteG un cam)io en (alor num*rico e acuero

con al"una re"la e'niaG ,ero conser(ano la naturale+a fsica e la (aria)le. AsG un

am,li'caor electrónico ace,ta una seal e ,e/ueo (olta0e como entraa 7

,rouce una seal e salia /ue es tam)i*n un (olta0eG ,ero es un nmero constante

e (eces ma7or /ue la entraa. n elemento /ue e0ecuta esta función se llamar!

elemento e mani,ulación (aria)le. Do es necesario /ue in(aria)lemente un

elemento e mani,ulación (aria)le si"a a un elemento e con(ersión (aria)le ,uee,receerloG a,arecer en otro lu"ar en la caenaG o no a,arecer el too.

Cuano los elementos funcionales e un instrumento est!n en realia se,araos

materialmenteG es necesario transmitir los atos e uno a otro. Al elemento /ue

e0ecuta esta función se le llama elemento transmisor e atos. Puee ser tan sencillo

como un co0inete 7 un e0eG o tan com,licao como un sistema e telemetraG ,ara

transmitir ,or raio seales e los ,ro7ectiles es,aciales al e/ui,o e tierra.

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6i la información referente a la cantia meia se (a a comunicar a los seres

-umanos ,ara monitori+aciónG control o an!lisisG e)e ,onerse en una forma /ue

,uea reconocer al"uno e los ór"anos e los sentios. 8l elemento /ue e0ecuta estafunción e `&r$%(cci!` se llama elemento

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e ,resentación. 8sta función inclu7e la sim,le inicación e un nice mo(i*nose

en una escalaG 7 tam)i*n el re"istro e una estilo"r!'ca mo(i*nose en una -o0a e

re"istro. ;a inicación 7 el re"istro ,ueen tam)i*n efectuarse en elementos

iscretos en (e+ e en forma continua.

ientras /ue la ma7ora e los instrumentos se comunican con la "ente ,or meio

el sentio e la (istaG el uso e otros sentios es com,ati)leG como el oo 7 el

tacto. 8n al"unos m*toos e re"istro ,ueen ,resentarse los atos e manera /ue

no sean a,recia)les irectamente ,or los sentios -umanos. n e0em,lo i"no e

mencionar es la "ra)aora e cinta ma"n*tica. 8n este casoG se re/uieren los

instrumentos aecuaos ,ara e

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en"ranes ,ara am,li'car el mo(imiento e la manecilla. ;a escala 7 la manecilla

sir(en ,ara la ,resentación e atos.

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i"ura 3.#. anómetro 7 la ienti'cación e sus elementos.

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i"ura 3.4. ermómetro e ,resión.

09-E*e8e!&'s $c&i;'s ? p$si;'s

na (e+ /ue se -an ienti'cao ciertas funciones )!sicas comunes a toos los

instrumentosG es o,ortuno (er la ,osi)ilia e -acer al"unas "enerali+aciones e

cómo ,ueen e0ecutarse estas funciones. na e estas "enerali+aciones es la /ue se

re'ere a la ener"a. Al e0ecutar cual/uiera e las funciones "enerales inicaas en la

'"ura 3.2G un com,onente fsico ,uee actuar como transuctor acti(o o como

transuctor ,asi(o.

A/uellos com,onentes en los /ue la ener"a e salia la ,ro,orciona casi en su

totalia la seal e entraa se llaman comnmente transuctores ,asi(os. ;as

seales e entraa 7 e salia ,ueen estar formaas ,or ener"a e la misma forma

am)as ,ueen ser mec!nicas o ,uee -a)er con(ersión e ener"a cam)iano e

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una forma a otra e mec!nica a el*ctrica 8n muc-a literatura t*cnica el t*rmino

transuctor se restrin"e a los is,ositi(os en los /ue -a7 con(ersión e

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ener"aG ,eroG a0ust!nose a la e'nición /ue e este t*rmino a el iccionarioG no se

-ar! esta restricción. Por otra ,arteG el transuctor acti(oG tiene una fuente au

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as. 8l o)0eto e este a,arato es -acer /ue el mo(imiento < o si"a las (ariaciones el

(olta0e ei en forma ,ro,orcional. Como el ,ar motor es ,ro,orcional al (olta0e e error

eeG es claro /ue el sistema ,uee estar en re,oso solamente si e e es cero. 8sto ocurre

solo cuano ei \ esl como esl es ,ro,orcional a

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un rec-a+o m!

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a)unantes en el am)iente 7 /ue ,er0uican 7 alteran la ,recisión. 8n nuestra

escri,ción funcional e un &FA ,rescinimos e estas ,rotecciones en aras e una

ma7or sim,licia.

Con(ertir un ato en )inario a un ni(el analó"ico no es m!s /ue atri)uir un (alor e

tensión a caa (alor )inario asG el ran"o e (alores en -e

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e(ientemente ser! el (alor o)le e R. 8ste sistema tiene la (enta0a res,ecto al

sistema e resistencias ,oneraas /ue em,lea nicamente os (alores istintos e

resistenciasG sieno R un (alor cual/uiera. ;a salia analó"ica se toma es,u*s e laresistencia en serie el )it e ma7or ,eso. 8l sistema ,osee un re"istro e cuatro )its

/ue ,uee ser car"ao con cual/uier (alor )inario. 8n sus salias se conecta la re RG

2R. 8n la salia e la re se encontrar! instant!neamente el (alor analó"ico e

tensión corres,oniente al ato -e

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&ao /ue el re"istro e nuestro e0em,lo es e cuatro )itsG la re RG 2R ser! ca,a+ e

entre"ar -asta 13 ni(eles istintos e tensión. 6i se car"aran e forma consecuti(a

en el re"istro los (alores -e

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(alores analó"icos /ue le corres,onen a caa (alor )inario e saliaG el is,ositi(o

siem,re tomar! uno e ellosG lo /ue esta)lece una cierta im,recisión en la

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Ca,tulo Ca,tulo

eición e la ,resióneición e la ,resión

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C$p)&(*' 1

19+Presi!

;a ,resión se e'ne como fuer+a e0ercia so)re una su,er'cie ,or unia e !rea. 8n

in"enieraG el t*rmino ,resión se restrin"e "eneralmente a la fuer+a e0ercia ,or un

=uio ,or unia e !rea e la su,er'cie /ue lo encierra. &e esta maneraG la ,resión

P e una fuer+a istri)uia so)re un !rea AG se e'ne como:

.1

8

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8n el sistema Internacional e niaesG la unia e meia e ,resión es el Pascal

PaG /ue se e'ne como la fuer+a e0ercia ,or un De_ton D so)re un !rea e un

metro cuarao m2. O seaG Pa \ DFm

2. 8sta es una unia e ,resión mu7 ,e/ueaG

,ero el ilo ,ascal gPaG 1.%%% PaG ,ermite e

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;os instrumentos mec!nicos utili+aos ,ara meir ,resión cu7as caractersticas se

resumen en la ta)la .2G ,ueen clasi'carse en:

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C'*(8!$s %e L)(i%':

anómetro e Presión A)soluta.

anómetro e u)o en .

anómetro e Po+o.

anómetro e u)o Inclinao.

anómetro i,o Cam,ana.

I!s&r(8e!&'s E*"s&ic's:

 u)os Bouron.

uelles.

&iafra"mas.

69 I!s&r(8e!&'s e*ec&r'8ec"!ic's ? e*ec&r!ic's

;os instrumentos electromec!nicos 7 electrónicos utili+aos ,ara meir ,resión

,ueen clasi'carse en:

• eiores e 8sfuer+o 6train Na"es

•  ransuctores e Presión Resisti(os

•  ransuctores e Presión Ca,aciti(os

•  ransuctores e Presión a"n*ticos

•  ransuctores e Presión Pie+oel*ctricos

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 a)la .2. Princi,ales caractersticas e los instrumentos ,ara meir,resión.

Tip' %ei!s&r(8e!&'

C$8p' %e 8e%i%$ '

R$!#' Óp&i8'

E$c&i&(

% K

 u)o en 2%b12% cm H2O %G5b1G%

anómetro e ,o+o 1%b#%% cm H2O %G5b1G%

 u)o inclinao 1b12% cm H2O %G5b1G%

anómetro cam,ana %G5b1%% cm H2O %G5b1G%

Bouron sim,le %G5b3%% "Fcm2 2G%

Bouron es,iral %G5b25%% "Fcm2 1G5

Bouron -elicoial %G5b5%%% "Fcm2 1G5

uelle 1% cm H2Ob2 2G%

&iafra"ma 5 cm H2Ob22

1G5

 ransuctor resisti(o %G5b#5% "Fcm2 %G5

 ransuctor ca,aciti(o %b42% "Fcm2 %G2

 ransuctor ma"n*tico %b%% "Fcm2 %G2

 ransuctor %b#5% "Fcm2 %G2

19-Descripci! %e *'s i!s&r(8e!&'s %e 8e%ir presi!

$9 C'*(8!$s %e *)(i%'

8stos instrumentos se conocen ,rinci,almente como KM$!8e&r'sM. 8n ellos la

,resión a,licaa se )alancea contra una columna e l/uio. ;a forma m!s sim,le

consiste e un tu)o (ertical sellao en un e

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8stos instrumentos encuentran su ma7or a,licación en la)oratorios 7 como ,atrones

,ara cali)ración e otros instrumentos e ,resión.

8l l/uio utili+ao e,ene el ran"o e ,resión a meirG ,ero "eneralmente se

em,lea a"uaG com,uestos or"!nicos 7 mercurio. A continuación se mencionan (arios

ti,os e meiores e columnas e l/uio:

• M$!8e&r' p$r$ 8e%ici! %e Presi! A6s'*(&$: es sim,lemente un tu)o en

`` /ue tiene un e

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•  M$!8e&r' %e T(6' I!c*i!$%': se utili+a ,ara meiciones e ,resiones

iferenciales ,e/ueas. 8n este ti,o e manómetroG la rama el tu)o e menori!metro esta inclinaa con el o)0eto e o)tener una escala ma7orG 7a /ue en

este caso - \ ; sen G '"ura .# ).

• M$!8e&r' %e