Curso de instrumentación Básica. Febrero 2014

CURSO DE INSTRUMENTACIN BASICAING. FERMIN ZUMBARDO JUAREZ

Alcance: Al trmino del curso el participante conocer los conceptos bsicos de la instrumentacin, variables mas importantes, principales caractersticas y aplicaciones.Perfil: Conocimientos bsicos de electricidad.Dirigido a: Ingenieros o tcnicos involucrados en servicios, proyectos y mantenimiento dentro de las reas de Instrumentacin y Control.

TEMARIO1. Introduccin.- La Instrumentacin como factor de aumento de calidad y eficiencia en la

produccin.- Seguridad.- Exactitud y precisin.- Errores de medicin.- Calibracin.- Hojas de especificacin de instrumentos.

2. Simbologa- Diagramas de tubera e instrumentacin.- Nomenclatura.- Terminologa.- Diagramas funcionales de instrumentacin.- ndice de instrumentos.

TEMARIO3.Introduccin al control automtico.- Introduccin.- Jerarqua de control.- Terminologa de control automtico.- Lazo abierto y lazo cerrado.- Disturbios.- Parmetros de estabilidad.- Modos de control: dos posiciones, proporcional, integral y derivativo.- Sintonizacin de controladores.- Teora moderna de control.

4. Medicin de temperatura.- Generalidades.- Unidades.-Termmetros clnicos industriales, sistemas llenos, termopares,

elementos de resistencia, termistores, termopozos.- Instalacin.- Patrones y tablas.- Aplicaciones.

TEMARIO5. Medicin de presin- Generalidades.- Unidades.- Tipos de sensores.- Tipos de medidores.- Normas.- Instalacin.- Aplicaciones.

6. Medicin de nivel.- Tanques atmosfricos.- Recipientes a presin.- Tipos de sensores.- Aplicaciones.- Instalacin.

TEMARIO7. Medicin de flujo.- Importancia de la medicin de flujo de fluidos.- Unidades.- Diferentes principios para la medicin de flujo.- Aplicaciones.- Instalacin.

8. Mediciones analticas- Cromatografa de gases- Analizador de infrarrojo- Analizador de oxgeno

TEMARIO9. Equipos auxiliares.- Transmisores.- Indicadores.- Registradores.- Convertidores.- Transductores.- Interruptores.- Buses de campo.- Clasificacin de reas.

10. Elementos finales de control.- Introduccin.- Caractersticas de control.- Tipos de vlvulas de control.- Actuadores.- Posicionadores.- Variadores de velocidad- Servomotores

TEMARIO

11. Introduccin a sistemas de control digital para supervisin y control de procesos industriales.- Control unitario SISO- PLC- Sistemas de adquisicin de datos- Sistema SCADA- Sistemas de control distribuido.

INSTRUMENTACIN BSICA DE PROCESOS INDUSTRIALES

CAPTULO 1

INTRODUCCIN

1. INTRODUCCINQu es la instrumentacin?Porqu es importante?Qu relacin guarda con el control de un proceso?Cules son las caractersticas bsicas de uninstrumento?En que influye la seleccin correcta de uninstrumento?

ProcesoUn proceso es una parte de una planta de manufactura, en la cul, el material o la energa es convertida a otras formas de material o energa.

Ejemplos: Cambio en presin, temperatura, velocidad, potencial elctrico, etc.

PROCESOSALIDAENTRADA

Proceso continuo y proceso batchProceso Continuo El material es introducido y removido del proceso al mismo tiempo y el proceso una vez iniciado, no para (Reacciones qumicas, destilaciones, separaciones, etc).

Proceso Batch El material se agrega a un contenedor; algn proceso se lleva a cabo; el producto es removido y se sigue una secuencia que puede parar o reiniciarse (Bebidas alcohlicas, productos alimenticios, etc).

SistemaConjunto de elementos ordenados que cumplen un objetivo, y uno solo de estos elementos no puede cumplir, por si solo, el trabajo de todo el sistema.

ControlAccin o conjunto de acciones que buscan conformar una magnitud variable, o conjunto de magnitudes variables, en un patrn determinado.

MetrologaLa metrologa es la ciencia de las medidas, cuyo estudio comprende los patrones, las magnitudes y los sistemas de unidades.La metrologa estudia la fiabilidad de la relacin establecida entre cualquier magnitud y su patrn.

*La medicin es el proceso por el cual se asignan nmeros o smbolos a atributos de entidades del mundo real de tal forma que los describa de acuerdo con reglas o patrones claramente definidos" [Fenton y Pfleeger, 1997].

Magnitud o CantidadAtributo de un fenmeno, cuerpo o sustancia que

puede ser distinguido cualitativamente y determinado cuantitativamente. Ejemplos de magnitudes:Bsicas: Longitud, masa, tiempo.Derivadas: Velocidad, calor, rea.Particulares: Concentracin de etanol, resistenciaelctrica de un cable, Caloras que aporta un alimento.

Rango y SpanRango.- Regin entre los lmites en los cules una cantidad es medida, recibida o transmitida, expresada al establecer los valores de rango mnimos y mximos. LRV (Valor de rango mnimo).- El valor mnimo de la variable medida que un dispositivo esta ajustado para medir. URV (valor de rango mximo).- El valor mximo de la variable medida que un dispositivo esta ajustado para medir.Span.- Diferencia algebraica entre los valores mximo y mnimo.

MedicinAlgunos de los factores que afectan la medicin son: La exactitud, La precisin, La resolucin, La repetibilidad, La reproducibilidad, La linealidad, La histresisEl error

La incertidumbre.

Exactitud de la medicin**La exactitud de la medicin es la concordancia entre un valorobtenido experimentalmente y el valor de referencia. Es funcin de larepetibilidad y de la calibracin del instrumento.La precisin es el grado de concordancia entre una serie de

determinaciones obtenidas de repetir la medicin y se expresa como ladesviacin estndar relativa o el coeficiente de variacion. Es funcin dela repetibilidad y la reproducibilidad.La resolucin de un instrumento es el mnimo valor confiable que

puede ser medido en un instrumento.

Repetibilidad y ReproducibilidadLa repetibilidad es la precisin de resultados de medicin

expresado como la concordancia entre determinaciones omediciones independientes realizada bajo las mismas condiciones (operador, tiempo, aparato, lugar, mtodo, etc).

Reproducibilidad de la medicin es la precisin de resultados

de medicin expresado como la concordancia entre determinaciones independientes realizadas bajo diferentes condiciones (operador, tiempo, aparato, lugar, mtodo, etc).

LinealidadSe define como la cercana con la cual una curva se aproxima a una lnea recta. La linealidad es usualmente medida como una no linealidad y expresada como linealidad. Hoy en da algunos instrumentos tienen un ajuste de linealidad

HistresisEs la medida de la diferencia en respuesta de un dispositivo o sistema al incrementar la seal de entrada de un valor mnimo a un valor mximo y, con respecto a cuando se decrementa de un mximo a un mnimo sobre el mismo rango.

ErrorDiferencia algebrica entre los valores indicados y los valores verdaderos de la variable medida. Existen diferentes tipos de errores: Error de span Error de cero Error de linealizacin

Error de ceroUn instrumento tiene un error de cero cuando todas las indicaciones del instrumento son consistentemente altos o consistentemente bajos a travs del rango completo del instrumento cuando es comparado con la salida deseada.

Error de SpanEn el error de span, la desviacin del valor ideal vara en diferentes puntos a lo largo del rango del instrumento. Normalmente se incrementa, cuando la seal de entrada se incrementa.

Error de linealidadEs cuando el resultado de la salida no presenta una lnea recta con respecto al valor de entrada. El error de no linealidad puede ser corregido durante la calibracin si el instrumento tiene un ajuste de no linealidad. Generalmente se recomienda tomar 5 puntos.

Especificacin de caractersticas de uninstrumentoUn instrumento de medicin es un dispositivo empleado para efectuar mediciones por si solo o como integrante de otro equipo o sistema.Las caractersticas metrolgicas de un instrumento estn definidas en funcin de los factores que afectan su medicin, como ejemplo:Exactitud : 0.2% de span calibrado. Aqu se incluye efectos combinados de lo siguiente:

Repetibilidad : 0.05% de span calibrado Linealidad : 0.1% de span calibrado Histresis : 0.05% de span calibrado

CalibracinLa calibracin de un instrumento es el conjunto de operaciones que establece, bajo condiciones especificas, la relacin entre valores indicados por un instrumento de medicin o sistema de medicin o los valores representados por una medida materializada y los valores correspondientes de la magnitud, realizada por los patrones. En forma simple se define como la comparacin de las indicaciones de un instrumento contra un patrn, sin efectuar ningn ajuste.

Patrones de calibracinPATRN (de medicin)

Medida materializada, instrumento de medicin, material de referencia o sistema de medicin destinado a definir, realizar, conservar o reproducir una unidad o ms valores de una magnitud para utilizarse como referencia.PATRN NACIONAL (de medicin)

Patrn reconocido por una decisin nacional en un pas, que sirve de base para asignar valores a otros patrones de la magnitud concerniente.

Patrones de calibracinPATRN (de medicin).- Medida materializada, instrumento de

medicin, material de referencia o sistema de medicin destinado a definir, realizar, conservar o reproducir una unidad o ms valores de una magnitud para utilizarse como referencia.PATRN NACIONAL (de medicin).- Patrn reconocido por una

decisin nacional en un pas, que sirve de base para asignar valores a otros patrones de la magnitud concerniente.PATRN SECUNDARIO.- Patrn cuyo valor es establecido por

comparacin con un patrn primario de la misma magnitud.PATRN DE TRABAJO.- Patrn que es usado rutinariamente para

calibrar o controlar las medidas materializadas, instrumentos de medicin o los materiales de referencia.

InstrumentacinLa instrumentacin es una especialidad referente a los instrumentos de medicin, principalmente a los utilizados

industrialmente, y forma parte primordial dentro de un sistema enfocado al control de un proceso industrial, por lo que generalmente un instrumentista es un especialista en instrumentacin y control.Un buen conocimiento de la especialidad redunda en una buena especificacin y seleccin de la instrumentacin ptima en un proceso industrial lo cual contribuir como un factor de aumento de calidad y eficiencia en la produccin.

Hojas de datos de instrumentosUna hoja de datos es una tabla donde se introducen los datos de proceso mnimos necesarios para efectuar la especificacin de un instrumento, como pueden ser: temperatura normal y mxima de operacin, presin normal y mxima de operacin, material de la tubera, tipo de fluido, dimetro de la tubera, etc.En un proyecto, generalmente estos datos se toman del diagrama de flujo de proceso y del diagrama de tubera e instrumentacin, en el que se indican las condiciones de operacin de los puntos importantes del proceso y las caractersticas de los recipientes y de las lneas de tubera.

Hoja de especificacin de instrumentosUna hoja de este tipo especifica las caractersticas generales y especficas del instrumento para su compra.

Para el llenado de esta hoja, es necesario conocer el tipo de instrumento que se ha seleccionado en base a las condiciones de operacin plasmadas en las hojas de datos de instrumentos.La hoja de especificacin es un documento bsico dentro de la ingeniera de proyecto, ya que fundamenta la compra y sirve de apoyo para las diferentes actividades subsecuentes de un proyecto, como los tpicos de instalacin, diagramas de alambrado, suministros de energa, etc.

Cmo seleccionar un medidor?Fundamentalmente la seleccin se basa en las consideraciones de

proceso, a la importancia del dato de medicin en el proceso y al aspecto econmico. De ah la importancia de conocer el principio de medicin de los diferentes tipos de medidores y los clculos necesarios de los elementos primarios para obtener el mximo rendimiento costo beneficio de ellos y as disminuir el error en la medicin. Este curso provee mtodos tcnicos para el diseo, especificacin, clculo y seleccin de medidores, dando una gua para medir variables fsicas de la mejor manera posible.


CAPTULO 2

SIMBOLOGA

Los diagramas de tubera e instrumentacin(DTIs)Los DTIs son diagramas que contienen bsicamente los equipos de proceso, las tuberas, los instrumentos y las estrategias de control del proceso. Un DTI es el elemento nico ms importante en el dibujo para:Definir y organizar un proyectoMantener el control sobre un contratista durante la construccinEntender como es controlada la planta despus de finalizar el proyectoMantener un registro de lo que fue acordado y aprobado formalmente para la construccinRegistrar lo que fue construido en la forma como se diseo con los DTIs

Los diagramas de tubera e instrumentacin(DTIs)Los DTIs son conocidos con varios nombres, pero todo mundo sin tomar en cuenta como son nombrados conocen su valor. Estos son algunos de los nombres por los cuales son conocidos :DTIsP&IDs (por sus siglas en ingls)Diagramas de tubera e instrumentacinDiagramas de procesos e instrumentacinLa mayoria de las firmas utilizan las normas ISA como una base para luego aadir sus propias modificaciones de acuerdo a sus necesidades.

Normas ISA aplicables a DTIsNo hay norma DTI o acuerdo en la informacin que debe ser incluida o excluida de tales documentos.Las normas ISA ANSI/ISA-5.1-1984 (R1992) y ISA-5.3- 1983 son las guas generalmente ms aceptables para desarrollar simbolismo para instrumentacin y sistemas de control en: las industrias qumicas y petroqumica, generacin de energa, pulpa y papel, refinacin, metales, aire acondicionado, etc. y pueden ser utilizadas en procesos continuos, por lotes y discretos.

Diagrama de tubera e instrumentacin(DTI P&I)

SIMBOLOGA

Contenido de la norma ANSI/ISAS5.1-19841. Propsito.2. Alcance.3. Definiciones.4. Reglas de identificacin de instrumentos.5. Tablas.6. Dibujos.

1. PropsitoEstablecer un significado normativo de los instrumentos y sistemas de instrumentacin utilizados para la medicin y el control, incluyendo smbolos y cdigos de identificacin.

2. Alcance1. Generalidades.2. Aplicacin a industrias.3. Aplicacin a actividades de trabajo.4. Aplicacin a diferentes tipos de instrumentacin y a funciones de instrumentos.5. Extensin de identificaciones funcionales.6. Extensin de identificaciones de lazos.

Aplicacin a IndustriasLa norma esta disponible para utilizarse en industria qumica,

del petrleo, generacin de potencia, acondicionamiento de aire y cualquier industria de procesos, y se espera que la norma tenga la suficiente flexibilidad para manejar muchas de las necesidades de algunos campos como la astronoma, navegacin y medicina que utilizan instrumentacin diferente de los instrumentos convencionales de proceso.

Aplicacin a actividades de trabajoLa norma esta disponible para utilizarse en cualquier referencia de simbolizacin e identificacin de un instrumento o de alguna funcin de control. Tales referencias pueden ser requeridas para:

-Diagramas de diseo y construccin,-Literatura, discusiones y artculos tcnicos,-Diagramas de sistemas de instrumentacin, diagramas de lazos y diagramas lgicos,-Descripciones funcionales,-Diagramas de flujo de: procesos, mecnicos, de ingeniera, de tubera e instrumentacin (DTI o P&I), -Especificaciones, ordenes de compra, etc.

Aplicacin a funciones de instrumentos y aclases de instrumentacinLos mtodos de identificacin y simbolismos proporcionados por la norma se aplican a todas las clases de instrumentacin de control y medicin de procesos.La norma no solo puede utilizarse para describir instrumentos

digitales y sus funciones, sino tambin para describir las funciones analgicas de los sistemas, como por ejemplo: control compartido , control distribuido y control basado en computadora.

Extensin de identificacin funcional y de lazoLa norma proporciona la identificacin y simbolizacin de las funciones clave de un instrumento, es decir, son funciones generalizadas, as que cuando se requieren detalles adicionales del instrumento, es conveniente recurrir a la hoja de especificacin del instrumento o algn otro documento para cubrir la especificacin detallada.La norma cubre la identificacin de un instrumento y todas las funciones de control asociadas con un lazo de control.

3. DefinicionesPara propsitos de conocimiento de la norma, es conveniente analizar algunas definiciones:Alarma. Un dispositivo o funcin que seala la existencia de una condicin anormal por medio de un cambio discreto visible o audible, o ambos, con el fin de llamar la atencin.Automatizacin. Es el acto o mtodo de hacer que un proceso funcione sin la necesidad de la intervencin de un operador.Banda Muerta. Rango a travs del cual puede variar la seal de entrada, hacia un dispositivo, sin ste inicie una respuesta. Generalmente se expresa como un porcentaje del rango de operacin.Binario. Trmino aplicado a una seal que slo tiene dos estados o posiciones discretas (on-off, alto-bajo, etc).

DefinicionesCrculo. Smbolo utilizado para denotar e identificar el propsito o funcin de un instrumento y puede contener un nmero de identificacin (ballon, bubble)Configurable. Trmino aplicado a un dispositivo o sistema en el que sus caractersticas pueden ser seleccionadas o rearregladas a travs de programacin o algn otro mtodo.Controlador. Un dispositivo que tiene una salida que vara para regular una variable controlada de una manera especfica y puede ser un dispositivo analgico o digital. Un controlador automtico vara su salida automticamente, en respuesta a una entrada directa o indirecta de una variable de proceso medida.

DefinicionesControlador compartido. Un controlador que contiene algoritmos pre-programados que son usualmente accesibles, configurables y asignables y permite un nmero de variables de proceso a ser controladas por un solo dispositivo.Controlador Lgico Programable (PLC). Un controlador, usualmente con entradas y salidas mltiples, que contiene un

programa que se puede alterar.Convertidor. Un dispositivo que recibe informacin en alguna forma de seal y transmite una seal de salida en alguna otra forma. El convertidor tambin se le llama transductor, aunque el trmino transductor no se recomienda utilizarse para conversin de seales.Corrimiento. Cualquier cambio paralelo de la curva de entrada -salida.

DefinicionesDigital. Trmino aplicado a una seal o dispositivo que utiliza

dgitos binarios para representar valores continuos o estados discretos.Dispositivo de cmputo. Un dispositivo o funcin que ejecuta uno o ms clculos u operaciones lgicas, o ambas, y transmite uno o mas seales de salida resultantes. Es tambin llamado relevador de cmputo.Elemento Final de Control. Dispositivo que cambia el valor de la variable manipulada directamente de un lazo de control.Elemento Primario. Parte de un instrumento o un lazo, que detecta el valor de una variable de proceso, o que asume un estado o salida predeterminada. El elemento primario puede estar separado o integrado con otro elemento funcional de un circuito, tambin se le conoce como detector o sensor.

DefinicionesEstacin de Control. Estacin manual de carga que tambin proporciona la transferencia entre los modos de control automtico y manual de un circuito de control. Se conoce tambin como estacin automtico y manual.Estacin Manual de Carga. Dispositivo que cuenta con una salida ajustable manualmente que se usa para actuar uno o ms dispositivos remotos, pero que no puede ser usada para transferir entre los modos de control automtico y manual de un circuito de control.Error. Es la diferencia algebraica entre la indicacin actual y el valor verdadero de una magnitud medida. A menudo expresado como un porcentaje del SPAN O del valor a escala total. Los valores positivos del error denotan la indicacin del instrumento es ms grande que el valor real.

DefinicionesExactitud. Lmites dentro de los cuales puede variar el valor establecido de una propiedad del proceso con respecto a su valor. Esta se expresa generalmente en un porcentaje de la escala total.Frecuencia Natural. Frecuencia a la cual el sensor, bajo condiciones de carga resonar con algunas fuentes de frecuencia externa.Funcin. Propsito de o accin realizada por un dispositivo.Histresis. La diferencia en la seal de medicin para un valor dado de una variable de proceso cuando se alcanza primero desde una carga cero y despus desde la escala total.

DefinicionesIdentificacin. Secuencia de letras y/o dgitos usados para designar un instrumento individual o un circuito.Instrumento. Dispositivo utilizado para medir y/o controlar una variable directa o indirectamente. El trmino incluye elementos primarios, finales, dispositivos de cmputo y dispositivos elctricos como alarmas, interruptores y botones de paro.Instrumentacin. Es la rama de la ingeniera involucrada con la aplicacin de los instrumentos a un proceso industrial para medir o controlar alguna variable y es referida a todos los instrumentos para cumplir este propsito.

DefinicionesInterruptor. Dispositivo que conecta, desconecta o transfiere uno o ms circuitos, y que no es designado como controlador, un revelador o una vlvula de control. EI interruptor es un dispositivo que (I mide (I la variable y opera (abre o cierra) cuando sta alcanza un valor predeterminado.Lazo. Combinacin de dos o mas instrumentos o funciones de control arregladas para el propsito de medir y/o controlar una variable de procesoLinealidad. Se define como la desviacin mxima a partir de una lnea recta que une el valor de la seal de medicin a carga cero con la seal de medicin a una carga dada.Local. Localizacin de un instrumento que no esta en el tablero ni atrs del tablero. Los instrumentos locales estn comnmente en la vecindad de un elemento final de control.

DefinicionesLongitud de Inmersin. Longitud desde el extremo libre del pozo o bulbo al punto de inmersin en el medio al cual se est midiendo la temperatura.Luz Piloto. Luz que indica un nmero de control normales de un sistema o dispositivo. Tambin se le conoce como luz monitora.Medicin. Determinacin de la existencia o magnitud de una variable. Los instrumentos de medicin incluyen todos los dispositivos usados directa o indirectamente para este propsito.Modos de Control. Mtodo con el cual un controlador contrarresta la desviacin de una seal de su punto de ajuste.

DefinicionesMontado en Tablero. Trmino aplicado a un instrumento que esta montado en el panel frontal del tablero y que es accesible al operador para su uso normal.Parte posterior del tablero. Trmino aplicado al rea que se encuentra atrs del tablero y que contiene los instrumentos que no es necesario que se encuentren accesibles al operador para su uso normal.Proceso. Cualquier operacin o secuencia de operaciones que involucre un cambio de estado, de energa, de composicin, de dimensin de otra propiedad que puede definirse con respecto a un dato.Programa. Secuencia repetida de acciones que definen el estado de las salidas en relacin a un conjunto de entradas.

DefinicionesPunto de Ajuste. (Set -Point, SP) magnitud predeterminada de una variable de proceso que el controlador trata de mantener.Punto de Prueba. Conexin de proceso en la cual no hay instrumento conectado permanentemente, pero la cual est colocada para usarse temporal o permanentemente para la conexin futura de un instrumento.Rango. Regin entre cuyos lmites una cantidad se mide, recibe o transmite.Rango de Operacin. (SPAN) Diferencia algebraica entre los valores de ms bajo y ms alto rango.Rango Compensado de Temperatura. Rango de temperaturas sobre el cual el sensor se compensa para mantener el rango de operacin y el balance del cero dentro de los lmites especificados.

DefinicionesRangeabilidad. La relacin entre los valores de ms alto y ms bajo rango.Relevador. Dispositivo que recibe informacin en la forma de una o ms seales de instrumento, modifica la informacin o su forma o ambas si se requiere, enva una o ms seales resultantes y no es designado como controlador, interruptor o algn otro, el trmino relevador se aplica especialmente tambin a un interruptor elctrico que es actuado remotamente por una seal elctrica.Reluctancia. Oposicin que presenta una sustancia magntica al flujo magntico. Se expresa como la relacin de la diferencia de potencial magntico, al flujo correspondiente.

DefinicionesRepetibilidad. La capacidad de un instrumento de generar una seal de medicin cuya magnitud permanecer dentro de los lmites establecidos de repetibilidad bajo idnticas condiciones de proceso sucediendo en tiempos diferentes.Resolucin. El cambio ms pequeo en la variable de proceso que produce un cambio detectable en la seal de medicin expresado en porcentaje de la escala total.Respuesta. Comportamiento de la salida de un dispositivo como funcin de la entrada, ambos con respecto al tiempo.Reproducibilidad. La exactitud con que un a medicin y otra condicin puede ser duplicada a travs de un periodo de tiempo.Ruido. Perturbaciones externas o cualquier otra seal que no aporta informacin.

DefinicionesSistema de control distribuido. Un sistema integrado funcionalmente que consiste de subsistemas separados fsicamente y localizados remotamente uno de otro.Sensitividad. (Sensibilidad) La razn de cambio en la salida causada por un cambio en la entrada, despus que se ha alcanzado el estado estacionario. Se expresa como la relacin numrica en unidades de medicin de las dos cantidades establecidas.Seal. Informacin que en forma neumtica, elctrica, digital o mecnica, se transmite de un componente de un circuito de instrumentacin a otro.Tablero. Una estructura que contiene un grupo de instrumentos montados en l y al cual se le da una designacin individual. Pueden consistir de una o ms

Definiciones casillas, secciones escritorios o paneles. Es el punto de interfase entre el proceso y el operador.Telemetra. La prctica de transmitir y recibir la medicin deuna variable para lectura u otros. El trmino se aplica comnmente a sistemas de seal.Termistor. Resistor elctrico cuya resistencia varia con la temperatura.Tiempo de Respuesta. Intervalo de tiempo requerido para que la seal de "-~ medicin de un detector alcance un porcentaje especifico de su valor final como resultado de un cambio de escaln en la variable de proceso.Tiempo Muerto. Intervalo de tiempo entre la iniciacin de un cambio en la entrada y el comienzo de la respuesta resultante.

DefinicionesTransmisor. Dispositivo que detecta el valor de una variable de proceso por medio de un elemento primario (o sensor) y que tiene una salida cuyo valor de estado estacionario varia slo como una funcin predeterminada de la variable de proceso. Elemento primario puede o no ser integral al transmisor.Vlvula de Control. Elemento final de control, a travs del cual, un fluido pasa, que ajusta la magnitud del flujo de dicho mediante cambios en el tamao de su abertura y de acuerdo con la seal que recibe del controlador, y as lograr la accin correctiva necesaria.Variable. Cualquier fenmeno que no es de estado necesario sino que involucra condiciones continuamente cambiantes.

Reglas para la identificacin de instrumentosa) Cada instrumento o funcin a ser identificado se le designa un cdigo alfanumrico o nmero de identificacin:

/ TIC-103 \ IDENTIFICACIN FUNCIONAL NMERO DEL INSTRUMENTO

b) El nmero del instrumento puede incluir informacin del cdigo de rea o series especficas. Normalmente la serie 900 a 99 puede ser utilizada para instrumentos relacionados con seguridad.c) Cada instrumento puede representarse en un diagrama por un smbolo que puede acompaarse con una identificacin.

Reglas para la identificacin de instrumentosd) La identificacin funcional del instrumento consiste de letras de acuerdo a la tabla, en donde la primer letra designa la variable inicial o medida y una o mas letras subsecuentes identifican la funcin del instrumento.

TIC VARIABLE MEDIDA FUNCIN (Temperatura) (Indicador Controlador)

Reglas para la identificacin de instrumentose) La identificacin funcional del instrumento se realiza de acuerdo a la funcin y no a la construccin (por ejemplo, un transmisor de nivel LT en lugar de un transmisor de presin diferencial PDT).f) El nmero de letras utilizado debe ser el mnimo para describir al instrumento.g) Un instrumento multifuncional puede ser simbolizado por ms de un instrumento.

Ejercicio 1Efectuar la identificacin funcional de los siguientes instrumentos:a) LICb) PICc) FVd) FRCe) TWf) TEg) AICh) PSi) TAHj) LSL

Ejercicio 2Indicar los cdigos alfanumricos de los siguientes instrumentos:a) Registrador de temperaturab) Controlador de presinc) Interruptor por bajo nivel de flujod) Totalizador de flujoe) Indicador controlador de presinf) Termopozo de temperaturag) Controlador de presinh) Vlvula de control de anlisisi) Alarma por alta presinj) Vlvula relevadora de presin

Tips para numeracin de instrumentos Utilizar un nmero bsico si el proyecto es pequeo y no hay nmeros de rea, unidad o planta: Nmero bsico FT-2 o FT-02 o FT-002 Si el proyecto tiene pocas reas, unidades o plantas (9 o menos), utilizar el primer dgito del nmero de la planta como el tag: FT-102 (1 = nmero de rea, unidad, o planta) Si el proyecto es divido en reas, unidades o plantas: FT-102 FT-1102 FT-111002

Tips para numeracin de instrumentos Algunos proyectos utilizan una secuencia numrica para cada variable de proceso: FIC-001, FIC-002, FIC-003, etc. LIC-001, LIC-002, LIC-003, etc. PIC-001, PIC-002, etc. Algunos proyectos predeterminan bloques de nmeros: Para indicadores, PI-100 a 300 o TI-301 a 400 Para dispositivos de seguridad, PSV-900 a 999

Tips para numeracin de instrumentos Algunos proyectos utilizan una secuencia numrica recta: FT-1, FIC-1, FV-1 LT-2, LIC-2, LV-2 FT-3, FR-3 La mayora de los proyectos utilizan los sufijos A y B si dos instrumentos en el mismo lazo tienen identificaciones idnticas: PV-006A, PV-006B

Smbolos generales de instrumentos

Smbolos de instrumentosSUMINISTROSSA Suministro de aireSE Suministro elctricoSG Suministro de gasSH Suministro hidrulicoSN Suministro de nitrgenoSS Suministro de vaporSW Suministro de agua

LOCALIZACINPP En lnea de procesoLO En campo, localPNB En tablero principal de controlBPNB Parte posterior del tableroPNBL En tablero de control local

Simbologa de lneas en los diagramas(1) SUMINISTRO A PROCESO * ________________________

O CONEXIN A PROCESO (2) SEAL NO DEFINIDA ________________________(3) SEAL NEUMTICA ** ________________________(4) SEAL ELCTRICA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -(5) SEAL HIDRALICA ____L_______L_______L___

(6) TUBO CAPILAR ____X_______X_______X__

(7) SEAL SNICA O ELECTROMAGNTICA _______________________

(GUADA)***(8) SEAL SNICA O ELECTROMAGNTICA

(NO GUADA)***(9) LNEA DE SISTEMA INTERNO (LNEA DE --------0----------0-------0--------

DATOS O DE SOFTWARE)(10) LINEA MECNICA --------0-----------0-------0--------

Simbologa de algunas vlvulas

Accin del actuador a falla de energa

Ejemplos desimbologa deelementosprimarios deflujo

Ejemplos derelevadoresde cmputo

Diagramas de lazo y el ndice de instrumentosAunque los DTIs son muy importantes, no contienen toda la informacin necesaria. Los documentos bsicos que complementan la informacin del DTI son:- Diagramas funcionales de instrumentacin o diagramas de lazo.- Indice de instrumentos.

Diagrama funcional de instrumentacin o de lazo.Es un diagrama que muestra todos los dispositivos en un lazo especfico utilizando la simbologa que identifica las interconexiones, e incluye nmero e identificacin de conexiones, tipo de cables y tamaos, tipos de seal, etc.La mayora de la gente considera que el diagrama funcional de instrumentacin es el documento ms importante para un instrumentista.

Diagrama funcional de instrumentacin o de lazoSiempre que se requiera la localizacin de fallas, el diagrama funcional de instrumentacin es un documento muy valioso, ya que contiene suficiente informacin para comprobar o verificar averas en ese lazo, ya que no slo contiene el diagrama de cableado, sino que muestra todos los dispositivos conectados a ese lazo.

Diagrama funcional de instrumentacin o de lazo Tipos Neumtico Electrnico

Usos Diseo Construccin Puesta en marcha Operacin Mantenimiento Modificaciones Desplegados compartidos

Indice de instrumentosEl ndice de Instrumentos es una lista alfanumrica de todos los instrumentos que se muestran en el DTI, proporcionando los datos para la instalacin, la puesta en marcha, el mantenimiento y las modificaciones.Los datos incluidos en el ndice de instrumentos vara y depende de la complejidad de la instrumentacin de las plantas.

Indice de instrumentosBsicamente el ndice de instrumentos debe incluir el tag, la descripcin, la localizacin fsica, la referencia cruzada con otros documentos asociados o dibujos. El ndice de instrumentos es una herramienta muy til para proyectos futuros si es actualizada.


CAPTULO 3INTRODUCCIN AL CONTROL AUTOMTICO

INTRODUCCINCONTROL.- Accin o conjunto de acciones que buscan conformar una magnitud variable, o conjunto de magnitudes variables , en un patrn determinado.

INTRODUCCIN

JERARQUA DE CONTROL

El Lazo de control

TERMINOLOGA DE CONTROL AUTOMTICO

LAZO CERRADO .EN LOS CIRCUITO CERRADOS TODAS LAS ETAPAS NECESARIAS PARA EL CONTROL, SON REALIZADAS POR DISPOSITIVOS Y EL ELEMENTO HUMANO SOLO SUPERVISA SU FUNCIONAMIENTO.

DINMICA DEL PROCESO (RESPUESTA AL CAMBIO)

DINMICA DEL PROCESOPARAMETROS DE ESTABILIDAD:

GANANCIA CONSTANTE DE TIEMPO TIEMPO MUERTO

CONSTANTE DE TIEMPO

TIEMPO MUERTO

RETRASO DE PRIMER ORDEN

RETRASO DE PRIMER ORDEN MAS TIEMPO MUERTO

MODO PROPORCIONAL

MODO INTEGRAL (I)EL EFECTO DE LA INTEGRAL SOBRE UNA FUNCION MATEMATICA, ES LA DE DETERMINAR EL AREA BAJO LA CURVA DEFINIDA POR DICHA FUNCION, CON RESPECTO A UNA REFERENCIA DADA.EL MODO INTEGRAL AGREGA UN EFECTO EQUIVALENTE A LA INTEGRACION DEL ERROR DE LA CURVA DE REACCION DEL PROCESO.

MODO DERIVATIVO (D)EL EFECTO DE LA DERIVADA SOBRE UNA FUNCION MATEMATICA, ES LA DE DETERMINAR LA RAZON DE CAMBIO DE LA CURVA DEFINIDA POR DICHA FUNCION, CON RESPECTO A UNA VARIABLE DADA.EL CONTROL DERIVATIVO ANTICIPA EL EFECTO DE CORRECCION, DE MANERA QUE SE CONTRARRESTE EL TIEMPO MUERTO.

EL CONTROL DERIVATIVO "DETECTA LA RAZON DE CAMBIO DEL ERROR (PENDIENTE), Y PROYECTA UN EFECTO MULTIPLICADO Td VECES, TAL QUE SE ANTICIPE AL EFECTO FUTURO DEL ERROR e(t).

CONTROL PI

CARACTERISTICAS DEL CONTROL PD

ESTE CONTROL, ES CAPAZ DE SEGUIR CAMBIOS RAPIDOS EN LA VARIABLE DE PROCESO Y COMPENSAR RETRASOS EN TIEMPO.DEGRADA SU ACCION EN PROCESOS RUIDOSOS.CONSERVA EL CORRIMIENTO DEL MODO PROPORCIONAL, PERO MEJORA SU RESPUESTA.EN GENERAL AUMENTA LA ESTABILIDAD DEL CIRCUITO.SE PREFIERE EL USO DEL CONTROL PID EN LUGAR DEL PD.

CARACTERISTICAS DEL CONTROL PIDESTA COMBINACION DE MODOS ES EL CONTROL CONVENCIONAL MAS COMPLEJO.MEJORA EL COMPORTAMIENTO, DE LOS CONTROLES DE DOS MODOS.COMPENSA LOS RETRASOS EN TIEMPO, DEBIDOS PRINCIPALMENTE A LA INSTRUMENTACION Y NO AL PROCESO, POR LA PRESENCIA DEL MODO DERIVATIVO.DEBIDO AL MODO INTEGRAL, ESTE CONTROL NO PRESENTA CORRIMIENTO PERO PUEDE SATURAR AL ELEMENTO FINAL.TIENDE A ESTABILIZAR AL SISTEMA.EL PRINCIPAL PROBLEMA ES SU SINTONIZACIN.EL 12% DE LOS CONTROLADORES SON PID, USADOS PRINCIPALMENTE EN CIRCUITOS DE TEMPERATURA, pH Y ANALISIS.

Modos bsicos de operacin de uncontrolador Modo Manual/Automtico: Determina quien establece la salida del control: Manual: Operador, Auto: Algoritmo de control. Modo Local/Remoto: Determina quien establece el set-point del controlador. Local: Desde el panel, Remoto: otro dispositivo Modo directo/Inverso: Determina si al 100% de la salida su valor normalizado es mximo (directo) o mnimo (inverso).


CAPTULO 4MEDICIN DE TEMPERATURA

El Lazo de control

Elemento primario de medicinEl elemento primario de medicin, detector o sensor es un

instrumento, que puede formar parte de un lazo de control, que primero detecta o sensa el valor de la variable de proceso y que asume un estado o salida legible, correspondiente y predeterminado.Contempla generalmente dos partes: un sensor o elemento primario de medicin que mide la variable controlada c(t), a la que se llamar ms adelante como variable de proceso PV, y la transforma a un tipo diferente de energa.

Elemento primario de medicinLas seales elctricas estndar manejadas son: 4-20 mA.C.D., 0-5 V.C.D. y 0-10 V.C.D. As por ejemplo, si se desea medir una temperatura de 0-700C, la seal de 4 mA. corresponder a 0C. y la seal de 20 mA. corresponder a 700C.La razn bsica de la seal estndar es utilizar solamente un solo tipo de controlador universal que se aplique a cualquier variable de proceso (temperatura, flujo, nivel, presin, peso, densidad, conductividad, etc.).En algunos casos, el elemento primario de medicin y el transmisor vienen en un solo instrumento, como es el caso de los transmisores de presin.

El ControladorSu funcin es fijar la variable controlada c(t) en un valor deseado R(t), conocido como punto de ajuste o set-point, mediante la manipulacin de su salida o variable manipulada m(t) a travs de un actuador que interacta directamente en el proceso. Este controlador en su entrada y salida maneja tambin seales elctricas estndar e incluyen internamente el comparador o generador de la seal de error.

El Elemento Final de ControlConvierte la seal estndar recibida por el controlador en una seal adecuada para interactuar con el proceso y as modificar o mantener el valor de la variable controlada.Normalmente contempla dos partes: un transductor y un elemento final de control. Por ejemplo, si el elemento final utilizado es una vlvula de control, se requiere un transductor que convierta la seal elctrica de 4-20 mA.C.D. en una seal de aire con una presin de 3-15 PSIG (lb/pulg2).

Medicin de temperatura" La Temperatura es una manifestacin del promedio de energa cintica, ondulatoria y de traslacin de las molculas de una sustancia".Las unidades de temperatura son establecidas en cinco escalas arbitrarias: escala Farenheit F, escala Centgrada C, escala Kelvin K, escala Rankine R y Reamur Re.La conversin ms comn es de C a F.

C= (F-32)/1.8 F=1.8 C +32

Escalas de temperatura

Escalas de Temperatura: Ms comunes Fahrenheit El agua se congela a 32F, y hierve a 212F A nivel del mar Celsius (centgrados antes de 1948) El agua se congela a 0C, hierve a 100C A nivel del mar F= (C x 1.8) + 32 C= 5/9 (F -32)

Escalas de Temperatura: Absolutas Escala-Kelvin Termodinmica El movimiento molecular se detiene a 0K El agua se congela a 273.15K, hierve a 373.15K K=C + 273.15 Las unidades grados tienen el mismo tamao que la escala en Celsius Escala de temperatura Internacional de 1990 Rankine: Es paralela a la escala termodinmica pero en unidades, (grados ) tiene el mismo tamao que en la escala Fahrenheit R=F + 459.64

Uso de la medicin de temperatura

Uso de la medicin de temperatura- Monitoreo del funcionamiento de equipo rotatorio, para prevenir calentamiento, como turbinas, compresores, bombas y motores en general.- Control de temperatura de productos y lmites de planta.

Medicin inferencial de temperaturaLos instrumentos de temperatura utilizan diversos fenmenos

que son influidos por la temperatura: a) Variaciones en volumen o en estado de los cuerpos (Termmetros de vidrio y bimetlicos, sistemas termales). b) Variacin de resistencia de un conductor (Bulbos de resistencia RTD, termistores). c) Generacin de una f.e.m. creada en la unin de dos metales distintos (termopares). d) Intensidad de la radiacin total emitida por el cuerpo (pirmetros de radiacin). e) Otros fenmenos utilizados en laboratorio (velocidad del sonido en un gas, frecuencia de resonancia de un cristal, etc.).

Termmetros

Termmetros de vidrioEl termmetro de lquido encerrado son los ms familiares y constan de un depsito de vidrio que contiene, por ejemplo, mercurio y que al calentarse se expande y aumenta su volumen

en el tubo capilar.Su bulbo, relativamente grande en la parte ms baja del termmetro, contiene la mayor cantidad del lquido, el cual se expande cuando se calienta y sube por el tubo capilar en el cual se encuentra grabada una escala apropiada con marcas.Los lquidos ms usados son alcohol y mercurio.El mercurio no puede usarse debajo de su punto de congelacin de -38.78F (-37.8C) y por arriba de su punto de ebullicin a 357 C, con la ventaja de ser porttil.

Termmetros de vidrio

Termmetro bimetlico

Sistemas TermalesEste es uno de los mtodos ms antiguos utilizados para indicacin local, registro y control y actualmente su uso se limita

a transmisores, sobretodo en lazos neumticos. Bsicamente es un medidor de presin que consiste de: - Un bulbo sensitivo, inmerso en el medio a medir. - Un tubo capilar conectado del bulbo al dispositivo de lectura para que cuando la temperatura del bulbo cambia, el gas o el lquido en el bulbo se expanden y la espiral tiende a desenrollarse moviendo, - Un dispositivo indicador actuado por presin para efectuar la indicacin de temperatura.

Mecanismo del sistema termal

Compensacin del sistema termalUno de los problemas bsicos de este sistema es el error inducido por las variaciones en la temperatura ambiente, por lo que requiere una compensacin.La compensacin puede ser de dos tipos: En caja por medio de un elemento bimetlico que tiende a anular los efectos de la temperatura ambiente sobre el receptor; yTotal por medio de otro capilar paralelo que este sometido a los mismos efectos y los contrarresta, sobretodo cuando la extensin del capilar es considerable.

Compensacin del sistema

Clasificacin del sistema termalDe acuerdo a la Asociacin de Fabricantes de Aparatos Elctricos (SAMA) existen cuatro grupos de acuerdo al fluido de llenado y al rango:

- Clase I Llenado con lquidos (cambios de volumen) - Clase II Llenado con vapor (cambios de presin) - Clase III Llenado con gas (cambios de presin) - Clase V Llenado con mercurio (cambios de volumen)El rango de medicin de estos instrumentos vara entre - 40 hasta +500 C, dependiendo del tipo de lquido, vapor o gas que se emplee.

TermoparEl termopar es uno de los mtodos ms simples para medir temperatura. En 1821 Seebeck seal que si se unan dos metales distintos por sus extremos y si se someten a temperaturas iferentes, entre las uniones aparecen fuerzas electromotrices generadas que estn en funcin de la diferencia de temperaturas en la unin y del tipo de metal utilizado para fabricar la unin. La ecuacin que se cumple es:

FEM (mV) = a + bT + cT2En su forma ms simple, un termopar consiste de dos alambres, cada uno hecho de un metal homogneo diferente o aleacin. Los alambres son unidos en un extremo para formar una junta de medicin. Esta junta de medicin es expuesta al medio a ser medido. El otro extremo de los alambres van usualmente a un instrumento de medicin, donde forman una junta de referencia. Cuando las dos juntas estn a diferentes temperaturas, se producir una f.e.m. (fuerza electromotriz).

Termopar

Efectos en el termoparLa fem en la junta caliente es manifestacin del Efecto Perlier, este efecto involucra la liberacin o absorcin de calor en la unin cuando fluye corriente a travs de el y de la direccin del flujo depende si el efecto es de calentamiento o enfriamiento.

En el efecto Thompson se desarrolla una segunda fem, debido al gradiente de temperatura de un conductor sencillo y homogneo.

Leyes de la Termoelectricidad1. En un circuito formado por un solo metal, la FEM generada es cero, cualquiera que sean las temperaturas.2. Si se interrumpe un circuito termoelctrico en una de sus uniones intercalndose un nuevo metal, la FEM generada por el circuito no cambia a condicin de que los extremos del nuevo metal sean mantenidos a la misma temperatura que haba en el punto de interrupcin y de que la temperatura en la otra unin permanezca invariable.3. En un circuito formado por dos metales diferentes la FEM generada es diferente de cero, siempre y cuando las temperaturas sean diferentes en la unin caliente con respecto de la unin fra.

Compensacin por junta fra

Formas de conexin de termopares

Cables de extensin de termopares

Aspectos a cuidar en los termopares1. Puntos de fusin.2. Reacciones en varias atmsferas.3. Salida termoelctrica combinada.4. Conductancia elctrica.5. Estabilidad.6. Repetibilidad.7. Costo.8. Facilidad de manejo y fabricacin.

Ventajas y desventajas en lostermopares

Termopozo

Termopozo tipo roscado

Termopozo tipo bridado

Termopozo tipo Van Stone

Tipos de termopares con su termopozo

Instalacin del termopozo

Detectores de Temperatura tipo resistencia (RTD)

Detectores de Temperatura tipo resistencia (RTD)El elemento consiste en un arrollamiento de hilo muy fino del conductor adecuado, bobinado entre capas de material aislante y protegido con un revestimiento de vidrio o cermica.El material que forma el conductor, se caracteriza por el "coeficiente de temperatura de resistencia" este se expresa en un cambio de resistencia en ohmios del conductor por grado de temperatura a una temperatura especfica. Para casi todos los materiales, el coeficiente de temperatura es positivo, pero para otros muchos el coeficiente es esencialmente constante en grandes posiciones de su rango til.

Caractersticas de los materiales que forman el conductor de la resistenciaAlto coeficiente de temperatura de la resistencia, ya que de este modo el instrumento de medida ser muy sensible.

Alta resistividad, ya que cuanto mayor sea la resistencia a una temperatura dada, mayor ser la variacin por grado; mayor sensibilidad. Relacin lineal resistencia-temperatura. Rigidez y ductilidad, lo que permite realizar los procesos de fabricacin de estirado y arrollamiento del conductor en las bobinas de la sonda a fin de obtener tamaos pequeos (rapidez de respuesta).

Detectores de Temperatura tipo resistencia (RTD)

Pirmetro

Pirmetro de radiacin

Pirmetro de radiacin tipo espejoEl espejo cncavo es a veces preferido como medio para enfocar por dos razones:1) la imagen de la fuente se enfoca igualmente bien en el receptor para todas las longitudes de onda, puesto que el espejo no produce aberracin cromtica, en tanto que la lente puede dar una imagen neta para una sola longitud de onda.2) las lentes de vidrio o de slice vtrea absorben completamente una parte considerable de la radiacin de largas longitudes de onda. La radiacin reflejada por el espejo difiere poco en longitud de onda media de la que en l incide.

Pirmetro de radiacin tipo espejo

Pirmetro de radiacin tipo lenteEste pirmetro est formado por una lente de pyrex, slice o fluoruro de calcio que concentra la radiacin del objeto caliente en una pila termoelctrica formada por varios RTDs de Pt - Pt Rd de pequeas dimensiones y montados en serie. La radiacin est enfocada incidiendo directamente en las uniones caliente de los termopares. La f.e.m. que proporciona la pila termoelctrica depende de la diferencia de temperaturas entre la unin caliente (radiacin procedente del objeto enfocado) y la unin fro. Esta ltima coincide con la de la caja del pirmetro, es decir, con la temperatura ambiente. La compensacin de este se lleva a cabo mediante una resistencia de nquel conectada en paralelo con los bornes de conexin del pirmetro.

Pirmetro de radiacin tipo lente

Pirmetro de radiacin tipo lenteEn la medida de bajas temperaturas la compensacin se efecta utilizando adems una resistencia termosttica adicional que mantiene constante la temperatura de la caja en unos 50 C, valor que es un poco ms alto que la temperatura ambiente que pueda encontrarse y lo suficientemente bajo como para reducir apreciablemente la diferencia de temperatura til. El pirmetro puede apuntar al objeto bien directamente, bien a travs de un tubo de mira abierto (se impide la llegada de radiacin de otras fuentes extraas) o cerrado (medida de temperatura en baos de sales para tratamientos trmicos, hornos).

Aplicaciones del pirmetro de radiacindonde un termopar sera envenenado por la atmsfera de horno.para la medida de temperaturas de superficies .para medir temperaturas de objetos que se muevan .para medir temperaturas superiores a la amplitud de los pares termoelctricos formados por metales comunes.donde las condiciones mecnicas, tales como vibraciones o choques acorten la vida de un par termoelctrico caliente. Y, cuando se requiere gran velocidad de respuesta a los cambios de temperatura.

Estructura de un pirmetro ptico

Problemas comunes en la medicin detemperatura Localizacin del elemento Velocidad del fluido Deterioro del material Elemento cubierto o termopozo Conexiones del cable Falla del elemento Otros problemas varios

Criterios de seleccin de medidores detemperaturaLas prioridades de seleccin son:

Rango Exactitud Estabilidad Instalacin Costo


CAPTULO 5

MEDICIN DE PRESIN

Elementos primarios de medicin dePresinLa presin es la variable ms comnmente medida, junto con la temperatura, en plantas de proceso y esto es debido a . A que puede reflejar la fuerza motriz para la reaccin o transferencia de fase de gases; la fuerza motriz para el transporte de gases o lquidos; la cantidad msica de un gas en un volumen determinado; etc.

Elementos primarios de medicin dePresinEl control de la presin en los procesos industriales da condiciones de operacin seguras. Las presiones excesivas no solo pueden provocar la destruccin del equipo, sino tambin provoca la destruccin del equipo adyacente y pone al personal en situaciones peligrosas, particularmente cuando estn implcitas, fluidos inflamables o corrosivos.

Elementos primarios de medicin de Presin

Tipos de Presiones

Manmetros

Manmetro de U

Manmetro mecnicos

Manmetros

Manmetros de diafragma

Manmetros de diafragmaLa diferencia de la indicacin al cambiar la temperatura es considerablemente superior que en los aparatos con tubo Bourdon.Los manmetros de lminas elsticas se usan para tensiones de medicin de 10 mbar a 25 bar

Manmetros de diafragma

Medicin de diferentes tipos de presin

Ventajas de los manmetros de diafragma

Manmetros tipo Fuelle

Ventajas de los manmetros tipo Fuelle

Manmetros con tubo de Bourdon

Tipo de tubo Bourdon

Elementos en espiral y helicoidal

Ventajas del tubo Bourdon

Construccin de manmetros

Elementos de un Manmetro

Rangos de indicacinLa presin de operacin deber estar ubicada en el tercio central del rango de indicacin del manmetro. La carga de presin mxima no debera superar el 75% del valor final de escala con carga en reposo o el 65% del valor final de escala con carga dinmica.

Amortiguador de pulsacionesSi no pueden evitarse las vibraciones en el manmetro mediante la instalacin apropiada, deben utilizarse aparatos con amortiguamiento del mecanismo indicador o llenado de lquido, ya que si no daaran los manmetros, transmisores y otros dispositivos. La presin pulsante podra gastar rpidamente los movimientos del manmetro mecnico. Esto es especialmente verdadero cuando se utilizan bombas de desplazamiento positivo. Las oscilaciones pueden reducirse o suprimirse colocando un amortiguador en la lnea.

Amortiguador de pulsaciones

El tubo sifn o cola de cochinoLa cola de cochino es utilizada para aislar el proceso caliente del instrumento. Cuando los gases llenan el tubo estos se condensan y llenan la parte baja de la cola de cochino. Esto funciona como un tapn que impide que los gases alcancen al instrumento y tambin irradia algo de calor al aire circundante. La cola de cochino no debe estar aislada. El espacio de vapor entre el manmetro/transmisor y el sello de condensado es compresible, por lo que los cambios de presin no sern vistos tan rpidamente como con otros dispositivos. El sello de agua acta como un amortiguador.

El tubo sifn o cola de cochino

Instalacin

Medidores electrnicos de presinExisten bsicamente dos tipos:- Tipo Capacitivo- Tipo medidor de deformaciones o strain- gage.

Medidor tipo Capacitivo

Medidor de deformaciones tipo Strain Gage

Medidor de deformaciones tipo Strain GageAl deformarse el soporte de la galga o strain gage, se "estira" o se "comprime" el sensor, variando as, su resistencia. El cambio de resistencia ser, precisamente, el reflejo de la deformacin sufrida. En trminos de su caracterizacin, dada la resistencia R sin deformacin, la aplicacin de una fuerza F deformante producir un cambio de resistencia.

Tipos fsicos de medidores de esfuerzo

Medidor de esfuerzos

Medidor tipo Strain Gage

Medidores de presin diferencial

Medidores de presin diferencialUno de los diafragmas aislantes puede ser sujeto a una presin constante de referencia, de modo que la posicin del diafragma de referencia ser una funcin de la presin aplicada en un slo lado. Similarmente, se pueden aplicar dos presiones y la posicin del diafragma sensor ser una funcin de la presin diferencial.

Consejos de Calibration para transmisores de presin y D/PNunca desconecte o abra sin la confirmacin de que es seguro

Lea y siga las instrucciones Utilice el equipo apropiado Elimine fugas Drene todos los lquidos Calibre en la temperatura Calibre en la presin


CAPTULO 6 MEDICIN DE NIVEL

Medicin de Nivel

Medicin de nivel en lquidos

Medicin de nivel en lquidosSe dividen en tres tipos: Los instrumentos de nivel de medida directa. Los que miden el nivel aprovechando la presin hidrosttica. Los que utilizan caractersticas elctricas del lquido.

Instrumentos de nivel de medida directaLos instrumentos de medida directa se dividen en: Medidor de sonda. Medidor de cinta y plomada. Medidor de nivel de cristal. Medidor de flotador.

Instrumentos de nivel por presinhidrostticaLos que miden el nivel aprovechando la presin hidrosttica se dividen en: Medidor manomtrico. Medidor de membrana. Medidor de tipo burbujeo. Medidor de presin diferencial de diafragma.

Instrumentos de nivel por caractersticaelctricaLos que utilizan caractersticas elctricas del lquido se clasifican en: Medidor conductivo. Medidor capacitivo. Medidor ultrasnico. Medidor de radiacin. Medidor lser.

Medidor de Sonda o regla

Medidor de cinta

Medidor de cinta y plomada

Medidor de cristal (mirilla)Consiste en un tubo de vidrio con sus extremos conectador a bloques metlicos y cerrados por prensaestopas que estn unidos al tanque generalmente mediante tres vlvulas, dos de cierre de seguridad en los extremos del tubo para impedir el escape del lquido en caso de rotura del cristal y una de purga.El nivel de cristal normal se emplea para presiones hasta 7 bar. A presiones ms elevadas el cristal es grueso, de seccin rectangular y est protegido por una armadura metlica.

Mirillas de vidrio bsicas

Medidor de cristal (mirilla)

Medidor de fuerza de flotacinLa fuerza producida por un cuerpo sumergido, la cual es igual al peso del fluido que dicho cuerpo desplaza se conoce como fuerza de flotacin.Bajo este principio se tienen dos tipos de medidores: Desplazadores (fuerza) Flotadores (movimiento)

Medidor tipo desplazador

Medidor de flotador

Medidor manomtricoConsiste en un manmetro conectado directamente a la parte inferior del tanque. El manmetro mide la presin debida a la altura de lquido h que existe entre el nivel del estanque y el eje del instrumento.Como las alturas son limitadas, el rango de medida es bastante pequeo, de modo que el manmetro utilizado tiene un elemento de medida del tipo fuelle.

Medidor de tipo burbujeoEste es uno de los mtodos mas antiguos en el que tubo (sumergido en el deposito hasta el nivel mnimo) se encuentra conectado a una fuente de gas con presin suficiente para vencer la presin hidrosttica generada por la columna de lquido, hasta producir una corriente continua de burbujas. La presin requerida para producir el flujo continuo de burbujas es la presin hidrosttica del lquido y conociendo la densidad del lquido se puede determinar su nivel.Este sistema es muy ventajoso en aplicaciones con lquidos corrosivos con materiales en suspensin (el fluido no penetra en el medidor, ni en la tubera de conexin).

Medidor de tipo burbujeo

Medidor de tipo burbujeoLos gases utilizados son generalmente aire e hidrgeno, lo que representa su mxima desventaja y por esa razn son poco utilizados.La instalacin es econmica, particularmente para indicaciones locales o servicios limpios.La exactitud depende del medidor de presin utilizado y de la uniformidad de la densidad del lquido a medir

Caractersticas del Medidor de tipo burbujeo

Medidor de presin diferencial

El medidor de nivel tipo capacitanciaEstos se basan en las propiedades elctricas de los materiales y en forma bsica existen dos tipos: Tipo resistivo o conductivo (Admitancia)Tipo capacitivo (capacitancia)

El medidor de nivel conductivo oresistivoConsiste en uno o varios electrodos y un relevador elctrico o electrnico que es excitado cuando el lquido moja a dichos electrodos. El lquido debe ser lo suficientemente conductor como para excitar el circuito electrnico, y de este modo el aparato puede discriminar la separacin entre el lquido y su vapor, tal como ocurre, por ejemplo, en el nivel de agua de una caldera de vapor.

El medidor de nivel tipo resistivo paraseales on-offLa impedancia mnima es del orden de los 20 M/cm, y la tensin de alimentacin es alterna para evitar fenmenos de oxidacin en las sondas por causa del fenmeno de la electrlisis.Cuando el lquido moja los electrodos se cierra el circuito electrnico y circula una corriente segura del orden de los 2 mA; el relevador electrnico dispone de un temporizador de retardo que impide su enclavamiento ante una ola del nivel del lquido o ante cualquier perturbacin momentnea o bien en su lugar se disponen dos electrodos poco separados enclavados elctricamente en el circuito.El instrumento se emplea como alarma o control de nivel alto y bajo.

El medidor de nivel tipo resistivo paraseales on-off

El medidor de nivel tipo resistivo paraseales continuasEl hecho de considerar la resistencia, implcitamente en la admitancia, da las siguientes ventajas:Inmune a las adherencias e incrustaciones de la sonda.Adecuado para usarse con lquidos adherentes y espumosos.Puede ignorar variaciones en la composicin y temperatura del medio.Adecuado para la medicin de lodos y cualquier tipo de slidos

Medidor de nivel ultrasnicoSe basa en la emisin de un impulso ultrasnico a una superficie reflectante y la recepcin del eco del mismo en un receptor. El retardo en la captacin del eco depende del nivel del tanque.Los sensores trabajan a una frecuencia de unos 20 KHz.Estas ondas atraviesan con cierto amortiguamiento o reflexin el medio ambiente de gases o vapores y se reflejan en la superficie del slido o del lquido.

Medidor de nivel ultrasnico

Medicin ultrasnica

El sistema de medicin de nivel radiactivo

Sistema de nivel por radar

Paletas rotativas

Problemas comunes en la medicin de nivelLneas conectadas Lquido espuma Lquido agitacin Pierna seca/pierna hmeda Supresin y elevacin de cero Otros

Criterios de seleccin de los medidores denivelLa seleccin depende de algunos aspectos, como los que a continuacin se mencionan:

Condiciones de operacin Exactitud Costo Instalacin Mantenimiento y operacin Calibracin Confiabilidad


CAPTULO 7FUNDAMENTOS DE MEDICIN DE FLUJO

Curso de instrumentación Básica. Febrero 2014

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