Instrumentacion Industrial

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INSTRUMENTACION INDUSTRIAL. En principio, todos los procesos industriales fueron controlados manualmente por el operador (hoy aún existe este tipo de control en muchas fábricas); la labor de este operador consistía en observar lo que está sucediendo (tal es el caso de un descenso en la temperatura) y hacía algunos ajustes (como abrir la válvula de vapor), basado en instrucciones de manejo y en la propia habilidad y conocimiento del proceso por parte del operador. Este lazo - proceso a sensor, a operador, a válvula, a proceso - se mantiene como un concepto básico en el control de procesos. En el control manual, sin embargo, sólo las reacciones de un operador experimentado marcan las diferencias entre un control relativamente bueno y otro errático; más aún, esta persona estará siempre limitada por el número de variables que pueda manejar. Por otro lado, la recolección de datos requiere de esfuerzos mayores para un operador, que ya está dedicando tiempo importante en la atención de los procesos observados y que por lo tanto se encuentra muy ocupado como para escribir números y datos, que evidentemente son necesarios para un mejor control sobre el proceso. Todo esto se puede conjugar en tener datos que pueden ser imprecisos, incompletos y difíciles de manejar. El control automático a diferencia del manual, se basa en dispositivos y equipos que conforman un conjunto capaz de tomar decisiones sobre los cambios o ajustes necesarios en un proceso para conseguir los mismos objetivos que en el control manual pero con muchas ventajas adicionales. Adicionalmente a esto, existen una serie de elementos que pueden integrarse a este conjunto para lograr cumplir con varias funciones, algo que como se ha comentado, sería imposible de ser logrado por un operador con la precisión y eficiencia deseados.

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Instrumentos de medición y control de procesos.

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INSTRUMENTACION INDUSTRIAL.

En principio, todos los procesos industriales fueron controlados manualmente por el operador (hoy aún existe este tipo de control en muchas fábricas); la labor de este operador consistía en observar lo que está sucediendo (tal es el caso de un descenso en la temperatura) y hacía algunos ajustes (como abrir la válvula de vapor), basado en instrucciones de manejo y en la propia habilidad y conocimiento del proceso por parte del operador. Este lazo - proceso a sensor, a operador, a válvula, a proceso - se mantiene como un concepto básico en el control de procesos.     En el control manual, sin embargo, sólo las reacciones de un operador experimentado marcan las diferencias entre un control relativamente bueno y otro errático; más aún, esta persona estará siempre limitada por el número de variables que pueda manejar.

Por otro lado, la recolección de datos requiere de esfuerzos mayores para un operador, que ya está dedicando tiempo importante en la atención de los procesos observados y que por lo tanto se encuentra muy ocupado como para escribir números y datos, que evidentemente son necesarios para un mejor control sobre el proceso. Todo esto se puede conjugar en tener datos que pueden ser imprecisos, incompletos y difíciles de manejar.     El control automático a diferencia del manual, se basa en dispositivos y equipos que conforman un conjunto capaz de tomar decisiones sobre los cambios o ajustes necesarios en un proceso para conseguir los mismos objetivos que en el control manual pero con muchas ventajas adicionales. Adicionalmente a esto, existen una serie de elementos que pueden integrarse a este conjunto para lograr cumplir con varias funciones, algo que como se ha comentado, sería imposible de ser logrado por un operador con la precisión y eficiencia deseados.

Un poco de Historia siempre es bueno.

  El control de los primeros procesos industriales se basó en la habilidad de los operadores (control manual). En los años siguientes, la aparición de los controladores locales permitió al operador manejar varios lazos de control, pero subsistía aún el problema de recolección de datos. Los controladores locales son aún muy útiles, así como también resistentes y simples. Sin embargo, debido a que están directamente relacionados con el proceso y por lo tanto están diseminados a través de toda la planta, obviamente hace que el realizar mantenimiento y ajustes en dichos instrumentos demande mucho tiempo.   El desarrollo de los dispositivos de control operados neumáticamente marcó un mayor avance en el control de procesos. Aquí las variables pueden ser convertidas en señales neumáticas y transmitidas a controladores remotos. Utilizando algunos mecanismos complejos, un controlador neumático realizaba simples cálculos basados en una señal de referencia (set point) y la variable del proceso y ajustar adecuadamente el elemento final de control. La ventaja estaba en que el operador podía controlar una serie de procesos desde una sala de control y realizar los cambios necesarios en forma sencilla. Sin embargo, las limitaciones radicaban en la lentitud de la respuesta del sistema de control de cambios rápidos y frecuentes y a su inadecuada aplicación en situaciones en que los instrumentos estén demasiado alejados (pérdidas).   Alrededor de los 60, los dispositivos electrónicos aparecieron como alternativa de reemplazo a los controladores neumáticos. Los controladores electrónicos para un lazo cerrado, son rápidos, precisos y fáciles de integrar en pequeños lazos interactivos; sin embargo, la mejora en cuanto a operación con respecto a los neumáticos era relativamente pequeña y además la recopilación de datos, aún no muy fácil de manejar.   Algún tiempo después de la aparición de los sistemas de control electrónicos analógicos, el desarrollo de los microprocesadores permitió el surgimiento de los transmisores y controladores digitales, así como de los controladores lógicos programables (PLC), además, de sistemas especializados como por ejemplo, las máquinas de control numérico computarizado (CNC)   El empleo de las computadoras digitales no se hizo esperar; de su aplicación, aparecen los sistemas de control digital directo (DDC), hasta los sistemas de supervisión y control actuales, con los cuales se logra manejar un gran número de procesos y variables, recopilar datos en gran cantidad, analizar y optimizar diversas unidades y plantas e incluso, realizar otras actividades, como planificación de mantenimiento, control de calidad, inventario, etc   Independientemente de la tecnología, la evolución de las técnicas de control han tenido como uno de sus objetivos fundamentales, reemplazar la acción directa del hombre en el manejo de un determinado proceso, por el empleo de equipos y sistemas automáticos, sin embargo, existe una analogía muy clara entre estos últimos y el hombre, en los que respecta a la forma de actuar   El tipo de proceso elegido para un determinado producto final dependerá de sus requerimientos de producción y cantidades. En cualquier caso, para el control del mismo es necesario tener un conocimiento acerca de la instrumentación utilizada y en general de los aspectos mecánicos relacionados al proceso. El control óptimo sin embargo, no solamente está en función de los dispositivos, equipos y sistemas a emplear, sino fundamentalmente del conocimiento del proceso que se desee controlar.     Instrumentos y equipos para el Control y Automatización de Procesos   Industrialmente, los instrumentos se utilizan para monitorear y controlar variables

de procesos. Dependiendo del tipo de procesos, como veremos más adelante, se seleccionan los componentes del mismo.

A continuación se muestra un diagrama en bloques de un sistema de control de lazo cerrado o realimentado. No es la única forma de controlar un proceso, pero nos va a servir para identificar las funciones de los principales instrumentos de campo y panel utilizados para medir y controlar variables industriales.   Aquí el proceso puede ser físico o una reacción química o conversión de energía. Existen distintos tipos de disturbios que afectan las condiciones del proceso. Estos disturbios crean la necesidad de monitorear y controlar el proceso.

La variable controlada, es el parámetro que se desea controlar hasta el valor deseado o referencia (set point). El sensor mide el valor de la variable controlada y el transmisor, cambia este valor en una señal normalizada que puede ser transmitida. Esta señal es recibida por distintos componentes, dependiendo de la función de los instrumentos en et sistema tales como registro, indicación, control y activación de alarmas o enclavamiento.   En el caso del controlador (en este caso un controlador de procesos), esta señal (variable medida) es comparada con el set point y la diferencia (desviación) sirve para el elemento final de control (comúnmente una válvula) para ajustar el valor de la variable manipulada. Este ajuste, hace que el valor de la variable controlada se dirija hacia el de la referencia.

Desde luego, no todos los sistemas de control automático tienen exactamente este modelo (llamado de realimentación); existen variaciones como por ejemplo, él control prealimentado, el de cascada, el de rango partido, combinaciones sobre éstos, etc. basados en instrumentos de tecnologías antiguas o modernas; de todas estas tecnologías, vamos a referirnos a aquellas relacionadas con procesos continuos de regulación automática, como veremos más adelante.

Veamos ahora algunas consideraciones relacionadas a los componentes del diagrama anterior, desde los sensores hasta los elementos finales de control, mencionando también aspectos de otros instrumentos no considerados en aquel diagrama, pero que también tienen importancia en algunos lazos de control.

INSTRUMENTOS DE MEDICION Y CONTROL DE PROCESOS.

Que son los sensores? y lo que no sabes de ellos

 

Son los elementos que detectan o sensan cambios en el valor de la variable

controlada. A menudo se denominan elementos primarios y en algunos casos

forman parte de un bloque con el llamado transmisor o aquel que recibe la

salida del sensor y adapta esta señal con fines de transmitirla; a este

conjunto se la denomina transductor.

En general, la respuesta de un sensor determina cuan bien se va efectuar la

medición, el registro o control de una variable; y su selección es el resultado de

conocer bien las características de un proceso. Algunas de las características más

importantes de un sensor o transductor que definen la calidad de los mismos son la

exactitud, linealidad, resolución, etc. Otro aspecto importante es el denominado

tiempo de respuesta o tiempo necesario para que el dispositivo entregue la

información final. En la medida que este retardo se pueda minimizar, se tendrá un

mejor control del proceso

 

Los retardos de medición implican errores mientras el proceso está cambiando. La

medición no es sólo tardía, sino también inexacta, debido a que sigue cambiando,

aún teniendo ya una lectura disponible. A más lentitud en la respuesta, más

inexactitud en la medición cuando sea recibida. Un disturbio de corta duración, sin

embargo, puede ser completamente indetectado si su duración es corta comparada

con el retardo de medición. En ese caso, probablemente el disturbio tendrá mínimo

efecto en el proceso

 

La capacidad térmica de un sensor es función de su tamaño, forma y material. La

resistencia al flujo de calor, sin embargo, depende de la naturaleza del fluido y de su

velocidad. Como ejemplo, la curva de respuesta de una termocupla expuesta

colocada en un fluido a temperatura, es una curva exponencial que llega al 83% de

su amplitud final en un tiempo menor que al de una termocupla dentro de un

termopozo. La diferencia en retardo se debe a la mayor capacidad (aumento de

masa) del segundo sensor. En general, para cualquier variable a ser medida, estas

consideraciones acerca del tiempo de respuesta son gravitantes en la respuesta de

los otros elementos e instrumentos que existen en un determinado sistema de

control.

TRANSMISORES.

Que son en si los transmisores?     Los transmisores son instrumentos que captan la variable de proceso y la transmiten a distancia a un instrumento receptor, sea un indicador, un registrador, un controlador o una combinación de estos. Existen varios

tipos de señales de transmisión: neumáticas, electrónicas, hidráulicas y telemétricas. Las más empleadas en la industria son las electrónicas las cuales han ido reemplazando en el tiempo a las neumáticas como señales aplicadas a estos equipos; las señales hidráulicas se utilizan ocasionalmente cuando se necesita una gran potencia y las señales telemétricas cuando existen grandes distancias entre el sensor y el receptor.   Los transmisores neumáticos generan una señal neumática variable linealmente, de 3 a 15 psi (libras por pulgada cuadrada) para el campo de medida de 0 -100% de la variable. Esta señal normalizada fue adoptada en general por los fabricantes de transmisores y controladores neumáticos en Estados Unidos. En los países que utilizan el sistema métrico decimal se emplea además la señal 0,2-1 kg/cm2 que equivale aproximadamente a 3-15 psi (1 psi = 0,07 kg/cm2). Las señales neumáticas mencionadas son aplicadas en la actualidad principalmente como señales de entrada a válvulas de control o a sus posicionadores.   Los transmisores electrónicos generan varios tipos de señales eléctricas de corriente continua y señales digitales. Entre las primeras, las más empleadas son 4-20 mA y 0-20 mA y en panel 1 a 5 V. La señal electrónica de 4 a 20 mA tiene un nivel suficiente y de compromiso entre la distancia de transmisión y la robustez del equipo. Al ser continua y no alterna, elimina la posibilidad de captar perturbaciones, está libre de corrientes parásitas, emplea sólo dos hilos que no precisan blindaje y permite actuar directamente sobre miliamperímetros, potenciómetros, calculadores analógicos, etc. sin necesidad de utilizar rectificadores ni modificar la señal. El "cero vivo" con el que empieza la señal (4 mA) ofrece las ventajas de poder detectar una avería por corte de un hilo (la señal se anula) y de permitir el diferenciar todavía más el "ruido" de la transmisión cuando la variable está en su nivel más bajo.   Los transmisores electrónicos se pueden catalogar en analógicos y digitales. Los primeros basados en el uso de amplificadores operacionales (OPAMP) y los segundos en microprocesadores. Los transmisores analógicos están hoy prácticamente en desuso y debido a su constitución mecánica, presentan un ajuste del cero y del alcance (span) complicado y una alta sensibilidad a vibraciones.   La tecnología actual, ha hecho que los transmisores electrónicos, no sólo incorporen al sensor formando un solo bloque, sino que además, tengan posibilidades de control (PID) sobre e! elemento final de control. A estos transmisores se les denomina inteligentes. Los transmisores digitales tienen una serie de ventajas sobre los analógicos como veremos más adelante Por otro lado, el empleo cada vez mayor de señales digitales en estos transmisores determinará en algún momento la estandarización de un protocolo digital como lo ha sido hasta ahora la señal analógica de 4-20 mA.

los controladores? Tal como se ha comentado, el controlador es el que determina las acciones necesarias para mantener las variables de un proceso en el valor deseado (controlador de procesos) ó también puede ser aquel que asegura las secuencias necesarias de producción en base a un programa preestablecido (PLC). Vamos a referirnos aquí al primero de ellos. Un controlador de procesos (ó regulador), puede ser definido como un dispositivo que compara el valor de una variable medida (señal de entrada) al valor deseado (set point) para producir una señal de salida que mantenga el valor deseado de la variable y usa esa diferencia para manipular la variable controlada. La tecnología de estos equipos ha variado desde neumáticos, hidráulicos hasta electrónicos, que son los empleados actualmente. Anteriormente, se mostró un típico lazo de control automático con los componentes básicos: el

elemento de detección (sensor) el elemento de medición (transmisor), el elemento de control (controlador o regulador) y el elemento final de control (válvula u otro). Es de destacar que dos o más de estos elementos pueden estar formando un solo bloque, pero no es lo más usual.

CONTROLADOR DIGITAL

Durante muchos, años se emplearon controladores neumáticos actuando con las

señales neumáticas estándares antes mencionadas. Actualmente, se utilizan

mayoritariamente controladores electrónicos analógicos y digitales. Los primeros,

prácticamente ya no se fabrican (aunque todavía se utilizan) y han sido reemplazados

por los últimos, los cuales están basados en microprocesadores, que otorgan muchas

e importantes posibilidades para el usuario y tienen definitivamente mayores

ventajas que sus predecesores.

A que le llaman elementos finales de control?Son aquellos que finalmente responden, dentro de un lazo de control para realizar un

cambio en la variable controlada. En la mayoría de los procesos las válvulas de

control, son las usadas, si se trata de: controlar variables como flujo, presión, nivel,

temperatura o mezcla cíe componentes. La mayoría de los flujos de fluidos son

controlados por válvulas neumáticas o eléctricas, en otros casos se emplean bombas;

para servicios de gases a menudo se emplean válvulas especiales y para sólidos es

común hablar de fajas transportadoras alimentadas y con control de velocidad

electrónico.

Algún otro elemento o instrumento mas?

Dentro de este grupo podemos citar algunos dispositivos e instrumentos que realizan

otro tipo de funciones como indicadores, registradores, conversores, alarmas e

interruptores y elementos de funciones especiales.

En lo respecta a indicadores, se incluyen elementos que tienen escalas graduadas

que pueden ser lineales o no; los indicadores pueden ser analógicos (con aguja

indicadora o incluso con barras verticales de diferente color) o digitales que

presentan la variable medida en forma numérica.

Los registradores proveen registros continuos de las variables medidas con respecto

al tiempo, las cartas registradoras, usan esencialmente las mismas escalas que los

instrumentos indicadores, pero con una coordenada adicional para indicar tiempo:

pueden ser circulares o de cinta y tienen dimensiones variables. Las velocidades de

registro varían desde varios minutos por revolución hasta varios días por revolución,

en el caso de los registradores con carta circular y entre metros de segundo a

centímetros por hora, para los de carta de cinta. Actualmente se dispone también de

los llamados registradores inteligentes (basados en microprocesadores) que van

mucho más allá de registrar las tendencias de las variables (es posible hacer análisis,

reportes, etc.) siendo la tendencia a dejar de emplear papel y más bien guardar los

datos en memoria (acción hasta hace poco realizada solamente por los llamados data

loggers) y mostrarlos en una pantalla de cristal líquido (LCD) o a través de una

computadora.

El desarrollo de controladores electrónicos creó la necesidad de contar con

dispositivos que convirtiesen señales de un tipo de energía a otro y de un nivel de

señal a otro, como el conversor de corriente a presión para actuar sobre las válvulas

neumáticas.

A menudo se requiere convertir señales de un nivel a otro, por ejemplo, sistemas

electrónicos que reciben señales de 4 a 20 mA, para conectarse a transmisores que

envían señales de 0 a 20 mA; en este caso se utilizaría un conversor de corriente a

corriente aunque ya hoy en día, esto constituye una opción de software y no de

hardware, como también ha sucedido con los extractores de raíz cuadrada y otros

dispositivos de cálculo debido al desarrollo de la tecnología digital.

Las funciones de alarma e interrupción, se utilizan ante condiciones anormales de un

proceso. Los dispositivos empleados para estas funciones, pueden simplemente

indicar o también realizar alguna acción de control. Adicionalmente, se pueden citar

otros elementos que se usan en diversas aplicaciones, como por ejemplo,

temporizadores, válvulas-solenoide, programadores, etc. cuyo uso va a depender del

tipo de control y del proceso mismo.

SENSORES DE PRESION.

La primera tarea de un sistema automatizado consiste en obtener la información del proceso que está controlando. El contar con dispositivos é instrumentos que se encarguen entonces de medir correctamente las variables;de estos procesos es fundamental para el óptimo control de los mismos.

Existen diversas variables cuyas formas de medición son también muy variadas. Sin

embargo vamos a describir principalmente las que son consideradas las más

importantes en la mayoría de los procesos industriales: presión, temperatura, nivel y

flujo.

 

 

MEDICIÓN DE PRESIÓN

 

Existen varias formas de clasificar los elementos o dispositivos medidores de presión.

Una de ellas, los divide en aquellos denominados de balance de gravedad, los que

emplean dispositivos de deformación elástica y los que utilizan elementos que

entregan una respuesta eléctrica representativa de la presión medida. El tipo de

presión que mayormente se mide en los procesos industriales es la denominada

presión manométrica que es la que tiene icomo referencia o punto de partida a la

presión atmosférica. Para tal fin se emplean medidores llamados manómetros cuyas

escalas están graduadas en diversas unidades. En la tabla siguiente podemos

comparar las unidades más importantes:

Tabla I Comparación de unidades de presión

 

DISPOSITIVOS DE BALANCE DE GRAVEDAD  

Miden presiones desconocidas, balanceándolas en contra de la fuerza gravitacional de líquidos; a pesar de que son más usados en laboratorio, encuentran aplicaciones en plantas industriales.   Dentro de los más usados se encuentran los manómetros de tubo en "U", los de tubo inclinado, los de cubeta y los de cubeta de tubo inclinado. En estos casos, el líquido manométrico a utilizar es el mercurio, aunque el agua también se usa cuando se trata de medir presiones bajas. Adicionalmente a estos dispositivos, se tienen la de tipo flotador y aquellos con líquido de sello que poco a poco van siendo dejados de lado por otros tipos de medidores.    

ELEMENTOS DE DEFORMACIÓN ELÁSTICA   Son dispositivos que alteran su forma cuando son sometidos a presión. Dentro de estos, aparecen los tubos de Bourdon (en "C", en espiral y helicoidal), en donde la forma y tipo de material definen el rango de aplicación; también, se utilizan los denominados diafragmas,, cápsulas y fuelles, generalmente común en medición de presiones relativamente más bajas que para el caso de los tubos de Bourdon). Estos elementos han sido los más empleados en la fabricación de manómetros.

FIG . MANOMETROS

TRANSDUCTORES ELÉCTRICOS DE PRESIÓN  

Cualquiera de los dispositivos de deformación elástica puede ser unido a un dispositivo eléctrico para formar un transductor eléctrico de presión. Estos, producen cambios de resistencia, inductancia o capacitancia. Dentro de los primeros se deben mencionar a las galgas extesisiométricas (strain gagas). Una galga extensiométrica es simplemente un alambre muy fino formando una grilla la cual está pegada a un papel especial. Cuando la grilla es afectada por la presión, ocurre un cambio de resistencia de acuerdo a la siguiente fórmula:   En donde p es la

resistividad del alambre, L la longitud del mismo y A, el área de la sección recta.   Este tipo de transductor puede ser usado para detectar pequeños movimientos y por lo tanto pequeños cambios de presión. Las galgas extensiometricas utilizan circuitos con puente de Wheatstone para obtener una salida eléctrica. Otro tipo de transductor similar emplea un disco elástico en el cual, el elemento de deformación es de silicio y está sellado en un fluido con silicona y protegido por un diafragma.   El sensor tipo capacitivo consiste de dos placas1 conductivas y un dieléctrico. A medida que aumenta la presión, las1 placas tienden a apartarse, cambiando su capacitancia. El fluido que está: midiendo, sirve de dieléctrico.   Debido a que la medición de nivel y de flujo requieren en algunos casos medir presión diferencial, este tipo de presión es de gran importancia en los procesos industriales. Dentro de los dispositivosj más utilizados se emplean algunos cuya salida normalizada, los convierte en transmisores, sean neumáticos o electrónicos. En ambos casos se trata de instrumentos en donde una cápsula de diafragma o sensor capacitivo sirve de sensor primario radicando desde luego la principal diferencia en la estructura de salida (transmisión).

FIG. TRANSDUCTORES DE PRESION.

SENSORES DE TEMPERATURA.

La temperatura es una variable, que a diferencia de otras, debe ser medida en términos de los efectos indirectos que tiene sobre las propiedades físicas de los materiales o en los cambios producidos en circuitos eléctricos (voltaje o resistencia).

Cambios como estos, deben relacionarse con fenómenos reproducibles en

laboratorio, tales como los puntos de ebullición y congelación del agua. Los puntos

de calibración en laboratorios son a menudo basados en las temperaturas en las

cuales existe un equilibrio líquido - vapor de sustancias puras, como oxígeno, agua,

sulfuro, plata y oro.

 

Medidores locales: Los Termómetros 

Sobre un periodo de años, por lo menos cinco escalas de temperaturas diferentes se

han usado en la medición de esta variable. Las dos más comúnmente usadas,

Fahrenreit y Centígrada, usan alcances (span) arbitrarios de 180°F y 100°C

respectivamente para los puntos de ebullición y congelación del agua. Otras dos

escalas (RankSne y Keiwin) que tienen como referencia el cero absoluto.

 

Desde un punto de vista histórico, el primer dispositivo práctico para medir

temperatura fue el termómetro de vidrio, es por eso que empezaremos por él para

examinar las diversas formas que existen para medir temperatura.

 

Termómetros de Vidrios Las sustancias minerales se contraen o expanden una cierta

cantidad por cada grado de cambio de temperatura. Este es el principio de la

expansión térmica. Cuando se aplica calor a un termómetro de vidrio que contiene

por ejemplo mercurio, éste se expande más que el bulbo de vidrio que lo contiene. La

diferencia en expansión, obliga al mercurio a subir por un tubo capilar en forma

uniforme con respecto al cambio de temperatura, de modo tal que con calibrar el

tubo con una determinada escala, se tendrá una lectura directa de la temperatura.

Los termómetros con mercurio se pueden usar desde 33°F a +800°C. Sin embargo,

para temperaturas muy bajas se utilizan termómetros que contienen alcohol (-300°C

a +600°C).

 

Termómetros Bimetálicos: La operación de estos dispositivos se basa en el principio

de que los metales diferentes tienen diferentes coeficientes de expansión térmica. Si

dos aleaciones metálicas diferentes son soldadas formando un espiral se tiene el

elemento bimetálico. Cuando este conjunto es calentado, tiende a desarrollarse

debido a la diferente expansión térmica de cada aleación. Si se conecta un puntero al

espiral por medio de un eje, el puntero se moverá e indicará la temperatura sobre

una escala circular calibrada.

FIG. TERMOMETROS BIMETALICOS.

SISTEMAS TÉRMICOS DE LLENADO.

  Uno de ¡os sistemas más antiguos para medir temperatura se basa en el uso de termómetros actuados por presión, que utiliza sistemas "de llenado" (sistemas llenos con líquido, gas o vapor) que responden a las variaciones de temperatura. Todos los fluidos, sean líquidos, vapores o gases, se expanden cuando son calentados y se contraen cuando son enfriados.   Este fenómeno se utiliza para expandir un elemento de presión, usualmente un tubo de Bourdon el cual transmite el movimiento a un indicador o asociados a otros elementos para transmitir o registrar. Son básicamente sistemas sencillos y robustos que sin embargo han ido desapareciendo dejando su lugar a otros tipos de formas de medición que veremos a continuación.    

MÉTODOS ELÉCTRICOS PARA MEDIR TEMPERATURA.

  Existen varias formas de obtener una señal eléctrica que represente a la temperatura medida. Dentro de éstas podemos señalar a los sistemas de medición que emplean termocuplas, RTD y otros.   - Las mas famosas: Las Termocuplas   La termocupia es una de los más simples y^ comunes métodos usados para determinar la temperatura de procesos. Cuando se requiere una indicación remota o cuando se

necesita displayar la temperatura de varios puntos, este método es el más apropiado. En 1821 TJ. Seebeck descubrió que cuando se aplicaba calor a la unión de dos metales distintos, se generaba una fuerza electromotriz, la cual puede ser medida en otra juntura (fría) de estos dos metales (conductores); estos conductores forman un circuito eléctrico y la corriente circula como consecuencia de la f.e.m. generada. Esto es válido siempre y cuando las temperaturas en las dos uniones sean distintas.     Figura     Para una determinada combinación de materiales, el voltaje de salida (en milivoltios) varía en proporción directa a la diferencia de temperatura entre dichas uniones o junturas. Para que la medida corresponda a la temperatura real, la juntura fría (físicamente localizada a la entrada del instrumento receptor) debe mantenerse constante, comúnmente referida a cero grados centígrados. Para lograr han aparecido en el tiempo varios métodos, siendo actualmente utilizada la electrónica para tal fin.  La juntura de medición (unión caliente) desde luego, estará ubicada en el lugar en donde se requiere medir temperatura.

EFECTO SEEBEKC

Para temperaturas moderadas (hasta alrededor de 260 °C), combinaciones de hierro y cobre, hierro y constantán (aleación de cobre y níquel) son usadas frecuentemente. A altas temperaturas (hasta alrededor de 1640 °C), los hilos son fabricados de platino o aleación de platino y rodio.

DIFERENTES TIPOS DE TERMOCUPLAS.

A las termocuplas se les designa comúnmente con una letra. Así por ejemplo, una termocupla tipo J es de hierro / constantán (la barra de separación es para indicar los materiales de cada hilo) y una de tipo K es de cromel / alumel (el cromel es una aleación de cromo y níquel y el alumel es de aluminio y níquel.

Existen varias combinaciones usadas en la fabricación de termocuplas y la selección adecuada de estos sensores depende de su rango de utilización, salida en mV /°C y los errores máximos en la medición, además de las características mecánicas deseadas. Las termocuplas no siempre están en contacto directo con el proceso. A menudo se emplean elementos protectores que a la vez permiten remover una termocupla sin interrumpir el proceso. Tal es el caso de los termopozos.     Los no menos famosos, los RTD's Estos dispositivos cuyas siglas en inglés significan detectores resistivos de temperatura, han sido usados durante años y aún son muy populares en la actualidad. Se basan;en el aumento de resistencia de un hilo conductor con el incremento de la temperatura. La magnitud de este cambio con respecto al cambio de temperatura en él, se llama "coeficiente térmico de resistencia" del material conductor.   Para la mayoría de metales puros, este es constante sobre cierto rango de temperatura. Por ejemplo, el coeficiente del platino (a )es 0.00392 ohm / (ohm) (°C) sobre un rango de 0°C a 100°C, teniendo una resistencia de 100 ohmios para una temperatura de 0°C, por lo que recibe el nombre de Pt -100. Para la mayoría de conductores, el coeficiente mencionado (a) es positivo. Comúnmente los materiales empleados incluyen platino, níquel, cobre, níquel - hierro y tungsteno. Entre todos ellos, el platino es el más usado debido a su característica lineal sobre la mayor parte de su rango; también el níquel, por su gran coeficiente de resistencia, aunque no tiene una característica lineal. Para el Pt -100, se puede utilizar la siguiente fórmula: para obtener la respuesta aproximada del sensor para una temperatura dada:   R = 100 (1 + a T)   Debido al diámetro tan pequeño del hilo utilizado en estos RTD (0.05 mm), su construcción incluye blindajes protectores contra choques mecánicos. A menudo las sondas de resistencia se fabrican con tres o cuatro hilos de salida con fines de eliminar los efectos de cambio de resistencia en los hilos de extensión por cambios de la temperatura ambiente. Los circuitos de medición comunes emplean puentes de Wheatstone.

TERMISTORES.

  Son semiconductores hechos de carbón, germanio, silicio y mezclas de ciertos óxidos metálicos, que exhiben coeficientes de temperaturas elevadas, usualmente negativos (NTC). Su característica es no lineal y exhiben los cambios más grandes en rangos de temperatura criogénicos por debajo de 100°K. Su resistencia es una función de temperatura absoluta. Las precisiones de estos dispositivos varían con el rango de temperatura. Por ejemplo, un sensor de germanio puede tener una variación de + 0.005°K sobre un rango criogénico de 1.5° a 5°K y de ± 0.1°K sobre un rango de 40° a 100°K. Esto incluso puede variar con el tiempo de uso del sensor.   Adicionalmente, al uso de los termistores como dispositivos de temperatura, se usan en regulación de voltaje, control de nivel de potencia, compensación de otros sensores de temperatura, control de temperatura y como detectores en analizadores.

FIG. TERMISTORES

Sensores de estado solido   Son pequeños transductores que convierten una entrada de temperatura en una corriente de salida; proporcional a ella. Son especialmente utilizados en aplicaciones dentro del rango de -55°C a 150°C en donde se requieren gran confiabilidad, linealidad y exactitud. Una de las aplicaciones más importantes es en la compensación de la juntura fría para sistemas de medición con termocupla.     Los Pirómetros, sin contacto con el proceso   Son dispositivos que miden temperatura por encima del rango aplicable a las termocuplas, a pesar: que ciertas aleaciones, permiten a estas últimas llegar a 3000°C aunque durante breves periodos. Algunos pirómetros pueden ser usados para medir temperaturas tan bajas como 0°C y tan altas como 5000°C con gran precisión.   Los pirómetros se clasifican en dos grupos; los denominados pirómetros de radiación total y los llamados pirómetros de radiación parcial. La pirometría de radiación usa la propiedad de la radiación térmica que es emitida por todos los materiales (excepto gases inertes) a una temperatura de cero absoluto. Es particularmente interesante debido a la no necesidad de contacto directo con el material cuya temperatura se quiere medir.   Los pirómetros de radiación más empleados actualmente son los infrarrojos que por la tecnología digital que poseen los hacen cada vez más versátiles que sus predecesores, permitiendo por ejemplo automáticamente hacer compensación; por variaciones de la temperatura ambiente, ajuste de emisividad, etc.

PIROMETRO DE RADICION.

MEDIDORES DE NIVEL.

Los medidores de nivel pueden clasificarse en dos grupos generales: directos e indirectos. Los primeros aprovechan la variación de nivel

del material (líquido o sólidos granulares) para obtener la medición. Los segundos, usan una variable, tal como presión, que cambia con el nivel del material. Para cada caso, existen instrumentos mecánicos y eléctricos disponibles.

Primara forma:  MEDICIÓN DIRECTA

 

Los primeros dispositivos usados para indicar nivel consistían de tubos de vidrio de

modo tal que el operador viese el fluido de proceso. Con el correr del tiempo, los

cristales planos del tipo reflexivo o transparente han reemplazado a los anteriores.

En el caso de que el fluido sea peligroso (corrosivo, tóxico, etc.) como para emplear

vidrio, se utilizan ¡os de tipo Éiagoético, en los cuales un imán instalado en un

flotador permite el desplazamiento de un seguidor y este mecánicamente mueve un

indicador relacionado a una escala graduada.

 

El empleo de flotadores es muy común, generalmente para acciones de control

(interruptores de nivel). Del mismo modo los despSazadores, tienen acciones

similares a los flotadores o boyas, con la diferencia que su movimiento, es más

restringido. Cuando el nivel de líquido cambia, la cantidad cubierta por el

desplazador, va creciendo a medida que este es sumergido. La fuerza es transferida

a un sistema neumático a través de un eje y de allí al indicador.

FIG. FLOTADORES Y TRANSMISORES.

El método de contacto puede ser empleado para sólidos granulares o para líquidos; en estos casos se emplea una pesa o un flotador respectivamente. El inicio de medida se da por un pulsador o un temporizador, para poner la pesa o flotador conectado a un cable, en reposo sobre el material. Lo que se sensa realmente es la variación de la tensión del cable cuando se entra en contacto con los sólidos granulares o el líquido a medir.   La indicación del nivel se da por intermedio de un circuito eléctrico asociado al motor que sube y baja el cable. Los  sondas  eléctricas  propiamente dichas,  emplean  métodos conductivos, capacitivos y ultrasónicos para medición de nivel.   A causa de la distancia de los electrodos, la sonda de conductividad se asemeja a una bujía. Estos dispositivos son usados con líquidos conductores. Los electrodos se alimentan con corriente continua, siendo montados dentro del recipiente contenedor del líquido; cuando el líquido: toma contacto con cualquiera de los electrodos, una corriente eléctrica fluye entre el electrodo y tierra. Este método cuando se usa para algún tipo de control, es por lo general para actuar sobre una bomba

SENSORES DE NIVEL POR CONDUCTIVIDAD.

El método capacitivo utiliza una sonda como una de las placas de un condensador, siendo la otra placa el contenedor mismo. El material entre ellos, viene a ser dieléctrico. El cambio de nivel origina un cambio en la salida del circuito electrónico, proporcional al cambio de la capacidad por lo que este método es de indicación continua del nivel a diferencia del conductivo que sería entonces, uno discreto.

FIG. SENSOR TRANSMISOR CAPACITIVO.

Los medidores del tipo ultrasónico se usan tanto para medición continua, como discreta de nivel, aunque generalmente su uso está dado en acciones de alarma. En todos los diseños, se genera una señal en frecuencia y la interrupción o detección de la señal generada es la base para una acción de control (detectores discretos). En medición continua, se mide el tiempo transcurrido entre la emisión de la señal y la recepción de la reflejada.

FIG. MEDICION DE NIVEL POR ULTRASONIDO.

MEDICIÓN INDIRECTA  

Varios tipos de dispositivos de medición indirecta de nivel son en efecto sensores de presión hidrostáticos. El más sencillo consiste en un manómetro ubicado en el nivel cero de un contenedor de líquido. Cualquier incremento de nivel causa un aumento de la presión hidrostática, la cual es medida con el manómetro. La escala del manómetro es graduada en unidades de nivel.   En el caso de método de burbujeo, se ; utiliza una tubería conectada verticalmente en el contenedor. El extremo con abertura de la tubería es ubicado en el nivel cero del contenedor. El extremo es conectado a un suministro de aire. Cuando se va a hacer la medición de nivel, el suministro de aire es regulado para que así la presión sea ligeramente más alta que la presión hidrostática. Este punto se encuentra al observar burbujas saliendo por el extremo inferior del tubo. Se lee entonces en el manómetro la indicación de nivel (pies, pulgadas, galones, etc.).   Un instrumento muy popular que utiliza el método por presión hidrostática es el transmisor de presión diferencias; en realidad, este envía una señal normalizada proporcional a la diferencia de dos presiones, una

debida al líquido cuyo nivel se desea   determinar  (entrada   alta)  y  otra   debida  a la   presión atmosférica (entrada baja), siempre y cuando sea un sistema abierto (tanque abierto a la atmósfera). Para el caso de tanques cerrados, la entrada "baja" debe conectarse ya sea directamente en contacto con el gas encerrado en el extremo superior del depósito o utilizando un fluido de sello. En todo caso, la calibración adecuada permitirá una señal de salida (electrónica o neumática) proporcional al nivel.

MEDICION DE NIVEL POR TRANSMISION DE PRESION DIFERENCIAL.

Los dispositivos radliactiwos también pueden ser utilizados tanto para medición discreta como continua de nivel. Se utilizan fundamentalmente cuando el material a ser medido es muy corrosivo, cuando las temperaturas en el punto de medición durante el proceso son muy altas, o en general, cuando la situación no permite la instalación de elementos primarios dentro del recipiente de almacenamiento. En la aplicación de medición discreta o mejor dicho para detectar un determinado punto, la fuente radiactiva y su receptor, se montan a ambos lados del tanque al nivel deseado para la detección. Cuando el material se interpone entre el emisor y el receptor, se corta el suministro del material hacia el recipiente. En la aplicación que requiere una medición continua del nivel por este mismo método, se utilizan varias fuentes radiactivas y uno o más detectores.

FIG. MEDICION DE NIVEL POR RADIOACTIVIDAD.

Otro método indirecto para determinar el nivel de los materiales es medir el peso de los mismos, en forma mecánica o eléctrica. Los sistemas eléctricos utilizan las llamadas celdas de cargas basadas en galgas extensiométiicas (ya mencionadas anteriormente). A medida que las celdas son comprimidas por ei peso del material dentro del recipiente, también cambia la resistencia de ias galgas y por lo tanto varía la señal eléctrica a la salida del puente de Wheatstone usado en la medición. La medición puede ser analógica o digital y la escala estará calibrada en unidades de nivel.

MEDICION DE FLUJO.

La medición de flujo constituye tal vez, el eje más alto porcentaje en cuanto a medición de variables industriales se refiere. Ninguna otra variable tiene la importancia de esta, ya que sin mediciones de flujo, sería imposible el balance de materiales, el control de calidad y aún la operación de procesos continuos.

Existen muchos métodos para medir flujos, en la mayoría de los cuales, es

imprescindible el conocimiento de algunas características básicas de los fluidos para

una buena selección del mejor método a emplear. Estas características incluyen

viscosidad, densidad, gravedad específica, compresibilidad, temperatura y presión,

las cuales no vamos a detallar aquí.

 

Básicamente, existen dos formas de medir el flujo: el caudal y el flujo total. El caudal

es la cantidad de fluido que pasa por un punto determinado en cualquier momento

dado. El flujo total de la cantidad de fluido por un punto determinado durante un

periodo de tiempo específico. Veamos a continuación algunos de los métodos

empleados para medir caudal.

 

 

1     MEDICIÓN POR PRESIÓN DIFERENCIAL 

Utiliza dispositvos que originan una presión diferencial debido al paso de un fluido

por una restricción. La razón de hacer esto es que el caudal es proporcional a la raíz

cuadrada de la diferencia de presiones entre dos puntos, antes y después de la

restricción. Uno de estos elementos es la placa - orificio o placa perforada. Allí, el

fluido sufre una disminución de su presión, la cual es mínima en el punto

denominado "vena contracta". Si bien es cierto, la presión tiende a recuperarse,

existe al final una pérdida de presión.

 

Una placa- orificio se coloca en una tubería, sujeta entre dos bridas. La forma y

ubicación del agujero son el rasgo distintivo de tres tipos de este dispositivo: la placa

concéntrica, la excéntrica y la segmental; la selección de algunas de éstas depende

de las características del fluido a medir. Existen tres tipos de tomas de presiones  a

ambos  lados  del  elemento  primario:  tomas de bridas,, tomas de tubería y tomas de

vena contracta. Igualmente, aquí las características del fluido influirán en la elección

de alguna de estas.

 

Típicamente se utiliza un transmisor de presión diferencial para la toma de las

presiones y el envío de una señal que represente al flujo. A esta señal sin embargo se

le debe extraer la raíz cuadrada para obtener una respuesta lineal con respecto al

flujo. Antiguamente se empleaban instrumentos especiales para tal fin. Hoy, esta es

una función de software en instrumentos digitales.

 

La placa perforada es finalmente, un elemento simple, barato, aunque no muy

preciso, como otros dispositivos de presión diferencial. Aunque funcíonalmente es

sujeta a la erosión y daño, es fácil de reemplazar.

FIG. MEDICION DE FLUJOS

Otra restricción de tubería para la medición del flujo es el tubo Venturi, el cual es especialmente diseñado a la longitud de la "tubería". Tiene la forma de dos embudos unidos por sus aberturas más pequeñas y se utiliza para tuberías grandes; es más preciso que la placa-orificio, pero es considerablemente más costoso y más difícil de instalar.

FIG. PRINCIPIO VENTURI.

Un promedio entre la placa-orificio y el tubo Venturi es la tobera de flujo, la cual asemeja la mitad de un tubo Venturi por donde entra el fluido; este dispositivo es tan preciso como el tubo Venturi, pero no tan costoso ni difícil de instalar. Las tomas de presión utilizadas para el tubo Venturi, están situadas en los puntos de máximo y mínimo diámetro de tubería. Para el caso de la tobera, se ubican según recomendaciones del fabricante.   Otro elemento primario para medir flujo por el método de presión diferencial es el Tubo Pilot, el cual en su forma más simple,consiste en un tubo con un orificio pequeño en el punto de medición (impacto.

Cuando el fluido ingresa al tubo, su velocidad es cero y su presión es máxima. La otra presión para obtener la medida diferencial, se toma de un punto cercano a la pared de la tubería. Realmente, e! tubo Pilot mide velocidad de fluido y no caudal y además no necesariamente el fluido debe estar encerrado en una tubería. Podría por ejemplo, ser usado para medir el flujo del agua de un río o flujo de aire ai ser suspendido desde un avión.

2     MEDIDORES DE ÁREA VARIABLE  

Se distinguen de los anteriores en que en aquellos existe una variación de presión, mientras el área permanece constante. Aquí sin embargo, lo que permanece constante es la presión diferencial, gracias a la suficiente variación del área. Uno de estos es el rotámetro el cual consta de un tubo cónico vertical que encierra un flotador; éste, dependiendo del caudal, toma una posición en el tubo que aumenta o disminuye el tamaño del área y así mantiene la presión constante. Una escala graduada dentro del tubo, estará calibrada en unidades de presión y así tener una lectura directa de la misma.   Los rotámetros se pueden fabricar con tubos de vidrio, metal y plástico. Estos dos últimos se utilizan cuando el fluido es muy corrosivo o my oscuro para permitir la colocación de una escala interna. En esos casos se usa un

seguidor magnético relacionado a un imán colocado en el flotador interno y así transmitir mecánicamente la variación del caudal a un indicador.

 

3     MEDIDORES MAGNÉTICOS  

Utilizan la ley de inducción de Faraday, que establece que cuando una corriente pasa por un conductor y existe un campo magnético en dirección transversal al mismo, se crea un potencial eléctrico proporcional a la corriente.   En la aplicación para medir caudal, se coloca un tubo aislado eléctricamente con un par de electrodos montados a ambos lados del tubo y rasantes con el fluido. Unas bobinas eléctricas se colocan alrededor del tubo de modo tal de generar un campo magnético en un plano perpendicular, tanto al eje del cuerpo del voltaje de salida es proporcional a la velocidad promedio del fluido; no interesa si este es laminar o turbulento. Además, es independiente de la viscosidad, densidad, temperatura y presión.   Si bien es cierto, se requiere que el fluido tenga cierta conductividad mínima, la señal de salida no varía con el aumento de la conductividad, lo cual es una ventaja. En aplicaciones en donde es necesario medir flujo de masa, se puede lograr esto midiendo la densidad del fluido y multiplicando las dos señales.

FIG. MEDIDOR MAGNETICO.

4 MEDIDOR A TURBINA  

Un instrumento de este tipo consiste de una rueda de turbina de precisión, montada en cojinetes de una porción de tubería, y una bobina electromagnética colocada en la pared de la tubería, causa el giro de la turbina a una velocidad que varía directamente con el caudal del fluido de proceso. La interrupción del campo magnético, con cada paso de cada hoja de la turbina produce un pulso eléctrico. La frecuencia de estos pulsos determina la velocidad del fluido.

 

MEDIDOR DE TURBINA.

FIG. MEDIDOR VORTICE.

Existen otros medidores de caudal como son el de placa de impacto, que mide flujo, sumando la fuerza que el fluido desarrolla sobre un "blanco" que es una placa de disco; esta fuerza es proporcional a la raíz cuadrada del flujo, los de ultrasonido, que emplean un transmisor y un receptor (a veces instalados en el mismo receptáculo) para medir la desviación en frecuencia en la señal del transmisor, debido a la velocidad del fluido.   En los casos de medición de caudal en canales abiertos, se pueden mencionar la represa, la tobera abierta y los vertederos en donde básicamente se mide nivel de fluido, que varía; al pasar por estos dispositivos. Un pozo quieto adyacente al canal tiene un sensor de nivel (generalmente un flotador), cuya posición vertical varía en función del caudal.

6     MEDIDORES DE FLUJO TOTAL  

Dentro de este tipo de dispositivos se tienen los denominados medidores de desplazamiento positivo, los cuales, separan la corriente de flujo en incrementos volumétricos individuales y cuentan dichos incrementos.   Los medidores son fabricados de modo tal qué cada instrumento volumétrico es conocido en forma precisa y la suma de estos incrementos da una medida muy aproximada1 del volumen total que pasa a través del medidor. La mayoría de los medidores de desplazamiento positivo son de tipo mecánico y usados principalmente para medir cantidades totales del fluido a ser transferido y a menudo se asocian a otros dispositivos para lograr acciones de indicación, registro o control. Entre los más utilizados, figuran los de disco oscilante, pistón oscilante, cicloidal, oval, birrotor, etc.   Los medidores de flujo de masa en sus diversos tipos y los computadores de flujo, constituyen hoy en día una muestra del avance de la tecnología en la medición de esta variable.  El medidor tipo Coriolis es un ejemplo de los primeros. Aquí el fluido fluyendo a través de un tubo vibrante causa una deflexión en el tubo proporciona! al flujo de masa. Estos medidores tienen gran exactitud.

MDECIONES ANALITICAS.

Los procesos de producción continua involucran la conversión tíe materias primas o la combinación de varios ingredientes para lograr un producto final. El poder medir y controlar las propiedades físicas y químicas de los ingredientes de un producto es esencial para lograr una calidad satisfactoria del mismo. Esto se logra con instrumentos llamados analizadores.

Existen muchos de estos dispositivos, que en algunos casos requieren complicados

sistemas de muestreo y sensores especiales; aquí discutiremos brevemente la

medición de sólo algunas propiedades físicas y químicas.

 

 

DENSIDAD 

La densidad de un material es su peso por unidad de volumen. La forma más simple

de medir densidad de líquidos es el hidrómetro, el cual es un instrumento flotante

que desplaza un volumen de líquido igual a su propio peso. Usualmente se construye

de vidrio y tiene un peso en uno de sus extremos para hacer que flote verticalmente.

La posición del hidrómetro en el líquido depende de la densidad de éste. En algunos

casos se puede transmitir la medición para una lectura remota, utilizando una varilla

metálica como peso, la cual actúa como brazo variable de un puente de inductancia.

También se mide densidad de fluidos, i pesando un volumen fijo de líquido con una

balanza mecánica o una celda de carga. Otro método, emplea un medidor tipo

desplazador. Aquí, el elemento desplazador es encerrado en una cámara de un

volumen fijo. Al cambio de la densidad, la fuerza sobre el desplazador varía, este a su

vez mueve una barra de balance, que es el mecanismo actuador de un sistema de

medición neumático o eléctrico.

 

Al emplear transmisores de presión diferencial para medición de densidad, ya sea en

tanques abiertos o cerrados, la presión hidrostática sensada de un volumen fijo, es

función de la densidad del mismo. El método de burbujeo también se utiliza para

medir densidad. En algunos casos, cuando el líquido no permite el uso de sensores

debido a la corrosión, abrasión u otra limitación, los sistemas radiactivos son los

adecuados; se coloca una fuente radiactiva a un lado del reservorlo y un detector

radiactivo en lado opuesto. La cantidad de radiación absorbida por cualquier

material varía directamente con su densidad. La medición de densidad en gases es

importante sobre todo en las industrias petroquímicas. Una forma de hacerlo es

usando un densímetro con una sonda. El dispositivo contiene una membrana que

oscila con el paso del fluido del proceso. Cualquier variación en la densidad del gas

origina que la frecuencia de oscilación también lo haga en forma inversa. La señal es

luego amplificada y  estandariza para poder ser transmitida.

 

 

ACIDEZ Y ALCALINIDAD

 

La medida de estas variables es frecuentemente de gran importancia en procesos

industriales. La escala de medición es denominada de pH. Esta escala está basada en

la concentración de iones de hidrógeno en cierto volumen de solución. En esta, el

agua pura tiene un valor de 7. Un ácido fuerte tiene el valor de 1 y una base fuerte

(alcalina) el de 14, siendo 7 el valor correspondiente al agua pura. En general en la

práctica se habla de la concentración de iones de hidrógeno como correspondientes

a un pH dado cuando realmente se refiere a una "concentración efectiva".

 

La medición de pH requiere de dos electrodos diseñados específicamente. Uno de

ellos produce un cambio de voltaje (fem) cuando cambio el pH de una solución en la

que está inmerso. El otro electrodo, mantiene un voltaje constante (fem) al estar

sumergido en una solución de referencia. Usualmente, ambos elementos se

combinan en un solo electrodo. Como la temperatura del fluido afecta a la medida

del pH, se incluye un sensor de temperatura para que el sistema de medición

compense estos cambios.

 

Se pueden encontrar analizadores continuos de pH en prácticamente cualquier

industria que usa el agua en sus procesos. Las aplicaciones van desde el tratamiento

de aguas industriales hasta el: control de pH en procesos de flotación para la

minería. Muchas aplicaciones de pH se pueden encontrar en la industria de pulpa y

papel, en el campo de los metales y tratamiento de metales, el el refinamiento del

petróleo, manufactura de caucho sintético, plantas de generación de energía,

farmacéuticas, producción de fertilizantes químicos y un gran espectro en la

industria química.

MEDIDORCON ELECTRODO DE PH.

COMBUSTIÓN

 

Para monitorear apropiadamente la eficiencia de combustión de un caldero, se debe

analizar el flujo de gas antes de dejar la chimenea. Esto incluso con fines de

controlar la polución del aire. Los productos de una combustión completa son

además del calor, el dióxido de carbón y el vapor de agua. Cuando hay sulfuro en el

combustible, el dióxido de sulfuro es también un producto de la combustión. Si se

detecta monóxido de carbón, entonces dicha combustión es incompleta.

 

 

CROMATOGRAFÍA

 

Es el nombre dado al método de análisis que permite una medida continua de la

cantidad de cada constituyente en un vapor complejo o mezcla gaseosa. El método

envuelve la combinación de una muestra del gas con un gas portador y pasar la

combinación de gases a través de una columna, que es hecha de tubería metálica y

llenada con un absorbente tal como aluminio, gel de sílica o carbón activado. El

efecto de movimiento de los gases a través de la columna es la separación de los

constituyentes del gas muestra; cada constituyente viaja la diferente velocidad,

debido a que cada uno de ellos es retenido por un periodo de tiempo diferente por la

columna absorbente. El gas portador, que fuerza al de prueba hacia la columna,

emerge de la misma continuamente, tal que los constituyentes realmente dejan la

columna combinadas con el gas portador; los más comunes gases portadores son el

hielo, nitrógeno, aire o hidrógeno. Una muestra típica de gas puede contener

constituyentes como etano, propano, acetileno, butano, pentano, entre otros.

 

 

ANÁLISIS DE SÓLIDOS EN MINERÍA

 

La industria minera utiliza analizadores basados en fluorescencia con rayos X para

analizar algunos elementos en una pulpa de flotación. Comúnmente son analizados

elementos tales como cromo, manganeso, hierro, cobalto, cobre, zinc y plomo.

Como fuente primaria de radiación se utilizan tubos de rayos X o fuentes de radioisótopos, aunque por razones de protección del medio ambiente se prefieren los primeros. Típicamente el sistema consiste de (1) un sistema de muestreo que bombea las pulpas al analizador, un^ espectrómetro que mide los elementos de cada muestra, un generador de rayos X y un sistema de enfriamiento por agua. Los sistemas modernos incluyen también un equipamiento de procesamiento de datos.   Un flujo continuo de muestreo es tomado de cada pulpa de proceso a ser analizada. El flujo final de muestreo es obtenido luego de muestrear en dos o tres etapas, dependiendo de la cantidad de flujo; de proceso. Cada muestreo de pulpa fluye hacia una celda separada en el analizador. Las intensidades de radiación medidas dan toda la información requerida para computar los contenidos reales. Un dispositivo de temporizado determina el tiempo de medición para cada muestra de pulpa.   El análisis o monitoreo en línea del tamaño de partícula (PSM) es también otra operación importante en una planta concentradora de mineral para propósitos de control del proceso. Esta se realiza en la etapa de chancado y se emplea para tal fin un sensor ultrasónico. Hay dos pares de transductores ultrasónicos, cada uno con un transmisor y un receptor. En el transmisor, las señales eléctricas de alta frecuencia son convertidas en energía ultrasónica que la cual viaja atravesando la pulpa entre el transmisor y el receptor. En el receptor, dicha energía es convertida nuevamente en señales de alta frecuencia y luego tratada para fines de ser utilizada como señal estándar de instrumentación.

  La cantidad de energía detectada a través de la pulpa llega en la forma de dos señales correspondientes al tamaño de partícula y porcentaje de sólidos. La comparación electrónica de estas dos señales da una salida que varía solamente en función al tamaño de partícula y es independiente de los cambios del porcentaje de partícula.