8/2/2019 Instrumentacion y Control - Sergio Garcia
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INSTRUMENTACION Y CONTROL(Curso Introductorio de Nivel Bsico)
1Autor: Sergio L. Garca, Ph.D.
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CONTENIDOS DE LA
PRESENTACION (1)
Presin.
Caudal.
Nivel.
Temperatura.
Medicin de:
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Misin y especificacin de los sensores.
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CONTENIDOS DE LA
PRESENTACION (2)
Control automtico.Modelos de lazos de control.
Sistemas automticos de proteccin.
Nociones sobre:
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CONTENIDOS DE LA
PRESENTACION (3)
Confiabilidad, falla y riesgo.Redundancia.
Modelos de redundancia.
Nociones sobre:
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DISPOSITIVOS SENSORES
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Los sensores descriptos en esta presentacin cum-
plen con la funcin de generar una seal, que habi-
tualmente es empleada con los propsitos bsicos de
proveer:
Indicacin.
Alarma (auditiva y/o visual).
Control.
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DISPOSITIVOS SENSORES
Ante la falla de sensores de importancia vitalpara el proceso, se cuenta con uno o ms
sensores de respaldo (condicin de redun-
dancia).
Se aplica el concepto de diversidad para
garantizar el correcto funcionamiento de al
menos un sensor.
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ESPECIFICACION DE LOS SENSORES
(Para su Correcta Seleccin)
Sensibilidad.
Estabilidad. Exactitud.
Velocidad de respuesta.
Caractersticas de sobrecarga.
Histresis.
Vida operativa.
Costo, tamao, peso.
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Rango de estmulo (span).
Resolucin.
Selectividad.
Condiciones ambientales.
Linealidad.
Banda muerta.
Formato de seal de salida.
Otras.
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MEDICION DE PRESION(1 - Factores de Influyen en la Medicin)
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Los sensores de presin relativa son sensibles avariaciones en la presin atmosfrica. Esto cobra
importancia cuando el detector se encuentra den-
tro de recintos cerrados, sujetos a sobrepresin, o
a cierto nivel de vaco.
Dichas situaciones afectan la precisin del sensor
de presin, y deben ser consideradas al instalar ymantener dichos dispositivos.
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MEDICION DE PRESION(2 - Factores de Influyen en la Medicin)
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Las variaciones de temperatura afectan la precisin y con-
fiabilidad del sensor.
Adems, las variaciones de temperatura afectan la resisten-
cia elctrica de los componentes que integran el circuito vin-
culado al sensor; y por lo tanto, afectan a la calibracin delequipo elctrico o electrnico.
Los efectos adversos causados por las variaciones de tempe-
ratura son reducidos mediante un correcto diseo del circui-
to, y mediante el empleo del sensor de presin en un am-
biente apropiado.
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MEDICION DE PRESION(3 - Factores de Influyen en la Medicin)
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Una alta humedad ambiente afecta a la mayora
del instrumental elctrico y electrnico.
Dicha humedad puede provocar cortocircuitos,
puestas a tierra, y corrosin; lo cual terminadaando a los componentes.
Los efectos causados por la humedad pueden re-
ducirse o eliminarse, colocando al instrumento enun medio ambiente apropiado.
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MEDIDORES DE PRESION Y
SU CAMPO DE APLICACION
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CARACTERISTICAS DE LOS
SENSORES MECANICOS
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MANOMETRO DE FUELLE
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Utiliza como elemento elstico un fuelle metlico, el cual se
estira al recibir la fuerza ejercida por el fluido, y transmite
movimiento a una aguja, que indica un valor de presin
sobre una escala graduada.
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MANOMETRO DE FUELLE(Balanceado por Barra)
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Se aplica presin al interior
del fuelle, lo cual modifica suvolumen interior y moviliza la
barra anclada al mismo.
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TUBO DE BOURDON (1)
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Es uno de los dispositivos de
medicin de presin ms anti-
guos, y an hoy se emplea
muy a menudo.
Al aplicrsele presin tiende a
recobrar su seccin redondaoriginal y a estirarse; lo cual
se aprovecha para determinar
la presin del sistema
monitoreado.
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TUBO DE BOURDON (2)
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Secciones transversales de Tubos de Bourdon
para varios rangos de presin.
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TUBO DE BOURDON (3)
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Principales tipos de elementos flexibles de medicin.
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TIPOS DE SELLOS
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TRANSDUCTOR MAGNETICO (1)
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De Inductancia Variable
Consta de (1) un dispositivo
sensor de presin, (2) una
bobina, y (3) un ncleo
magntico.
El sensor est vinculado me-
cnicamente al ncleo, y al
aplicarse presin al sensordicho ncleo se mueve den-
tro de la bobina.
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TRANSDUCTOR MAGNETICO (1)
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De Inductancia Variable
Al aplicar un voltaje de alter-na a la bobina, a medida queel ncleo se mueve, la induc-tancia de la bobina cambia.
La corriente a travs de labobina se incrementa alreducirse su inductancia.
Precisin: 1%
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TRANSDUCTOR MAGNETICO (2)
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De Reluctancia Variable
Al desplazarse el ncleo magntico,
se produce un cambio en el valor de
la reluctancia; lo cual modifica la
intensidad del flujo magntico que
interacta con el electroimn (que a
su vez, es energizado mediante una
fuente externa de tensin).
No existe contacto fsico entre el
ncleo magntico y el electroimn,por lo que no existe rozamiento, yse elimina as la histresismecnica.
Precisin: 0,5%
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TRANSDUCTOR CAPACITIVO
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Tpicos rangos de medida
Desde: 0,05-5 bar.Hasta: 0,5-600 bar.
Precisin
Desde: 0,2 %.Hasta: 0,5 %.
Al someter a presin
al instrumento, se
modifica la distancia
entre las placas que
componen el capa-citor; lo cual modi-
fica su capacitancia
y la seal de salida.
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MEDICION DE CAUDAL
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MEDIDORES DE CAUDAL (1)
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MEDIDORES DE CAUDAL (2)
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MEDIDORES DE CAUDAL (3)
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PLACAS-ORIFICIO
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Precisin:
1% a 2%
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PLACAS ORIFICIO(Disposicin de las Tomas de Presin Diferencial)
28La presin diferencial es proporcional al cuadrado del caudal.
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PLACAS ORIFICIO
(Disposicin de las Tomas de Presin Diferencial)
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La opcin d se emplea cuando se desea ampliar el rango demedida de un medidor de caudal determinado. En ese caso, lastomas de presin estn situadas en un lugar menos sensible a la
medida.
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PRESION DIFERENCIAL CREADA
POR LA PLACA-ORIFICIO
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TOBERA
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Precisin:
0,95% a 1,5%
Justificacin de empleo: Permite caudales un 60% superiores a los
de la placa-orificio, operando en las mismas condiciones deservicio.
Su prdida de carga es del 30% al 80% de la presin diferencial.
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TUBO VENTURI
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Precisin:
0,75%
Justificacin de empleo: Permite caudales un 60% superiores a los
de la placa-orificio, operando en las mismas condiciones deservicio.
Su prdida de carga es del 10% al 20% de la presin diferencial.
Permite la
presencia de un
porcentaje
relativamente
elevado deslidos.
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TUBO VENTURI
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Principio de funciona-miento basado en la
teora desarrollada enel temario de Mecnica
de Fluidos.
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ENDEREZADORES DE VENAS
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Para el clculo de placas-orificio, toberas, y tubos Venturi, se empleanuna serie de normas.
En ellas se indican las prdidas de carga de los elementos, y lascondiciones de instalacin en tramos rectos de las tuberas, con distancias
mnimas a codos, curvas, vlvulas, etc.
Cuando estas condiciones de distancia son crticas, se utilizan dispositivosllamados enderezadores de venas, para lograr un rgimen laminar delfluido, con lo cual se puede reducir el espacio recto necesario.
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OBJETIVOS DEL MANIFOLD
Facilitar el mantenimiento, reparacin, y reemplazo del
transmisor o sensor de presin diferencial, sin interrumpir
el proceso.
Permitir igualar las presiones en las dos cmaras del
instrumento (de alta y baja presin), durante la puesta en
marcha de la instalacin.
Simplificar la calibracin peridica de los instrumentos
medidores de presin.
Facilitar la recoleccin de fluidos que no pueden ser
liberados al medio ambiente, ya sea por su costo, escasez,
toxicidad, accin corrosiva, etc.
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ESQUEMA DE MANIFOLD
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ESQUEMA DE MANIFOLD(7 Vlvulas)
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El cierre de la vl-
vula de alta presinPH, y luego la aper-
tura de la vlvula de
bypass B; permite la
verificacin del cero
del instrumento, conel sistema trabajando
a su presin nomi-
nal.
ESQUEMA DE MANIFOLD
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ESQUEMA DE MANIFOLD(Para Lquidos)
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ESQUEMA DE MANIFOLD
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ESQUEMA DE MANIFOLD(Para Vapor)
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ESQUEMA DE MANIFOLD
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ESQUEMA DE MANIFOLD(Para Gas)
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TUBO PITOT
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TUBO PITOT
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Mide la diferencia entre la presin total (Pt) y la presin esttica (Pe), es
decir, la presin dinmica (Pd), la cual es proporcional al cuadrado de
la velocidad del fluido.
Empleado con lquido, vapor y gas.
Pt = Pe + Pd
TUBO PITOT
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Donde:
Pe: Presin esttica absoluta en el fluido.
Pt: Presin de impacto (o total absoluta) en el
punto donde el fluido anula su velocidad.
V1: Velocidad del fluido en el eje de impacto.
: Densidad del fluido.
TUBO PITOT
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Su ecuacincorrespondiente
es la siguiente:
2
t e 1P P V2
= +
TUBO PITOT
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TUBO PITOT
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De la ecuacin anterior
se puede deducir la
siguiente:
Para tener en cuenta la irregular distribucin de velocidades, la
rugosidad de la caera, etc., se introduce un coeficiente de velocidad
C, con lo cual resulta:
( )1 t e2V P P=
( )1 t e2
V C P P=
TUBO PITOT
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La mxima exactitud en la medicin final se logra realizando varias mediciones en
puntos preseleccionados de la caera, y promediando las races cuadradas de las
velocidades medidas.
Su precisin en la medicin es baja, del orden de 1,5% - 4%, y se emplea
normalmente para la medicin de grandes caudales de fluidos limpios, con una baja
prdida de carga.
Desventaja: Baja amplitud en la seal de salida (poco potente).
TUBO PITOT
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Es muy importante que el
tubo Pitot se emplee bajo
condiciones de flujo laminar,
(por ello se lo coloca en
extremos rectos de caeras).
Esto se debe a que el tubo
Pitot es muy sensible a
variaciones en la distribucin
de velocidades en la seccin
de la caera.
TUBO ANNUBAR Es una innovacin del tubo
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TUBO ANNUBAR
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Es una innovacin del tuboPitot. Tambin cuenta con
dos tubos: (1) el de presintotal, y (2) el de presin es-ttica.
El tubo que mide la presin
total est situado a lo largode un dimetro transversalde la tubera, y consta devarios orificios de posicincrtica, determinada me-
diante clculos.
Cada orificio cubre la pre-sin total en un anillo de
rea transversal de la tube-ra. Estos anillos tienenreas iguales.
TUBO ANNUBAR
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TUBO ANNUBAR
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En tuberas de tamaomayor que 1, se sita enel interior del tubo depresin total otro tubo quepromedia las presiones
obtenidas en los orificios.
As se efecta un prome-diado de reas de los ori-
ficios.
El tubo que mide la presinesttica se encuentradetrs del de presin total,con su orificio en el centrode la tubera y aguas abajode la misma.
TUBO ANNUBAR
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TUBO ANNUBAR
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El tubo Annubar es demayor precisin que el
tubo Pitot, del orden del1%.
Tiene una baja prdidade carga, y se emplea
para la medida depequeos, o grandescaudales de lquidos, yde gases
ROTAMETROLos rotmetros
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ROTAMETRO
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son medidores de
caudal de rea
variable, en los
cuales un flotador
cambia de
posicin dentro de
un tubo, en forma
proporcional al
flujo del fluido.
TIPOS DE ROTAMETRO
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TIPOS DE ROTAMETRO
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MEDIDOR DE TURBINA
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MEDIDOR DE TURBINA
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Los medidores de turbina consisten en un rotor quegira (debido al paso del fluido) con una velocidad
directamente proporcional al caudal.
MEDIDOR DE TURBINA
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La velocidad del fluido
ejerce una fuerza de
arrastre en el rotor.
La diferencia de presiones
debida al cambio de rea
entre el rotor y el cono
posterior ejerce una fuerza
igual y opuesta.
As el rotor est equili-
brado hidrodinmicamentey gira entre los conos
anterior y posterior sin
necesidad de utilizar roda-
mientos axiales, evitando
as un rozamiento que ne-
cesariamente se produ-
cira.
MEDIDOR POR ULTRASONIDO
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MEDIDOR POR ULTRASONIDO
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Miden el caudal por
diferencia de veloci-
dades del sonido, al
propagarse este en elsentido del flujo del
fluido y en el sentido
contrario.
Los sensores estn
situados en una tu-
bera, de la que se
conocen el rea y el
perfil de velocidades.
MEDIDOR MAGNETICO DE CAUDAL
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La circulacin del lquido genera una seal que es captada por electro-dos rasantes con la superficie interior del tubo, y diametralmenteopuestos.
Realmente, la nica zona del lquido en movimiento que contribuye a lageneracin de la f.e.m. es la que une en lnea recta a los dos electro-dos.
f.e.m.=KBlv
De acuerdo a la
ley de Faraday:
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MEDICION DE NIVEL
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MEDICION DE NIVEL
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(Mediante Elemento Flotador)
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MEDICION DE NIVEL
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(Mediante Elemento Flotador)
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MEDICION DE NIVEL
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(Mediante Manmetro)
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MEDICION DE NIVEL
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(Mediante Burbujeo)
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MEDICION DE NIVEL
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(Mediante Ultrasonido)
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Provee indicacin discreta de nivel.
Solo detecta si el material seencuentra al nivel de los sensores,o no.
Detectordiscontinuo
todo-nada.
Provee indicacin continua de nivel.
La fuente de ultrasonido y elreceptor se encuentran situados enel mismo dispositivo.
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MEDICION DE
TEMPERATURA
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MEDICION DE TEMPERATURA
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(Campo de Medida de los Sensores)
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MEDICION DE TEMPERATURA(T Bi li )
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(Termmetro Bimetlico)
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MEDICION DE TEMPERATURA(T t Ti B lb )
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(Termmetro Tipo Bulbo)
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MEDICION DE TEMPERATURA(S d d R i t i T i t i )
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(Sondas de Resistencia o Termoresistencias)
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Pt100: Resistencia de 100 a 0 oC.
Pt1000: Resistencia de 1000 a 0 oC.
MEDICION DE TEMPERATURA(Ci it d M di i P t d Wh t t )
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(Circuitos de Medicin Puentes de Wheatstone)
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Las configuraciones de 2, 3, y 4 hilos se
emplean para compensar variaciones enla resistencia de las lneas de conexin.
La configuracin de 4 hilos es la msprecisa y se emplea en laboratorios.
MEDICION DE TEMPERATURA(Termopares o Termocuplas)
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(Termopares o Termocuplas)
A pesar de la gran variedad de sensores detemperatura, la termocupla permanece
siendo muy empleada, debido a las
siguientes propiedades:
Versatilidad.
Simplicidad.
Facilidad de empleo.
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Justificacin de Empleo
MEDICION DE TEMPERATURA
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(Termopares o Termocuplas)
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Una termocupla est constituda por un parde alambres conductores y termoelctrica-
mente diferentes; los cuales estn unidos en
una juntura.
Sus dos alambres son los termoelementos.
MEDICION DE TEMPERATURA
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(Termopares o Termocuplas)
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Su funcionamiento se basa en el efecto descubiertopor Seebeck en 1821. El cual consiste en la circula-
cin de corriente a travs de un circuito formado
por dos metales diferentes; cuyas uniones (la juntade medicin o junta caliente, y la junta de referen-
cia o junta fra) se encuentran a distintas tempera-
turas.
MEDICION DE TEMPERATURA
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(Termopares o Termocuplas)
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La circulacin de corriente se debe a dosefectos termoelctricos combinados:
El efecto PELTIER.
El efecto THOMSON.
MEDICION DE TEMPERATURA(El Efecto PELTIER)
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(El Efecto PELTIER)
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El efecto Peltier provoca la generacin o absorcin
de calor en la unin de dos metales distintos, cuandouna corriente elctrica circula a travs de ella.
MEDICION DE TEMPERATURA(El Efecto THOMSON)
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El efecto Thomson consiste en la generacin oabsorcin de calor, cuando una corriente elctricacircula a travs de un metal homogneo, que estsometido a un gradiente de temperaturas.
(El Efecto THOMSON)
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MEDICION DE TEMPERATURA(Efectos Seebeck Peltier Thomson)
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(Efectos Seebeck-Peltier-Thomson)
De los tres, solo el efecto Seebeck convierte energa trmica enelctrica; lo cual resulta en un voltaje generado por latermocupla, que es aplicado al circuito de medicin.
Los efectos Peltier y Thomson (que dependen de la corriente),son insignificantes en aplicaciones termomtricas prcticas.
Contrario a lo que habitualmente se cree, ni el efecto Peltier ni elThomson producen voltaje. Solo ayudan a la redistribucin decalor a travs del circuito, mediante la circulacin de corriente.
El voltaje generado por el efecto Seebeck, incluso aparece encondiciones de circuito abierto, mientras que los efectos Peltier yThomson se desvanecen al no haber corriente circulante.
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MEDICION DE TEMPERATURA(Tipos de Termocuplas)
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(Tipos de Termocuplas)
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T: Cu(+) vs constantn (-).
J: Fe(+) vs constantn (-).
E: 10% Ni/Cr(+) vs constantn(-).
K: 10% Ni/Cr(+) vs 5% Ni/Al/Si(-).
Ry S: Pt/Rh(+) vs Pt(-).
B: 30% Pt/Rh(+) vs 6% Pt/Rh(-).
MEDICION DE TEMPERATURA(Tpicos Montajes de Termocuplas)
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(Tpicos Montajes de Termocuplas)
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TIPOS DE TERMOCUPLAS(Tipo T)
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(Tipo T)
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Cu(+), constantn (-).
Resistentes a la corrosin en atmsferashmedas, y apropiadas para la medicin de
temperaturas por debajo del 0 oC.
Su uso en aire, en un ambiente oxidante, est
restringido a los 370 oC, debido a la oxidacin del
termoelemento de cobre.
Constantn: 55% de cobre y un 45% de nquel (Cu55Ni45).
TIPOS DE TERMOCUPLAS(Tipo J)
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(Tipo J)
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Fe(+) vs constantn (-).
Apropiadas para operar en vaco (sin presin), en ambientes
oxidantes, reductores, o inertes dentro del rango de temperatura
que va desde el 0 oC hasta los 760 oC.
Alta velocidad de oxidacin del termoelemento de hierro porencima de los 540 oC, en ese caso se recomienda el uso de hilos de
gran dimetro para prolongar su vida til.
No se recomienda su uso a temperaturas por debajo del 0 oC,
debido a que la oxidacin, y la fragilidad del termoelemento de
hierro la hacen menos deseable que a la termocupla de tipo T.
TIPOS DE TERMOCUPLAS(Tipo E)
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(Tipo E)
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10% Ni/Cr(+) vs constantn(-).
Rango de temperaturas recomendado, en ambientes oxidantes oinertes, desde los -200 oC hasta los 900 oC.
Apropiadas para la medicin de temperaturas por debajo del
0 oC. Puesto que no estn sujetas a la corrosin en atmsferas
hmedas.
Cuando se las compara con los dems tipos de termocuplas, soncapaces de generar la mayor fuerza electromotriz por grado de
temperatura. Muchas veces, esto justifica su empleo.
TIPOS DE TERMOCUPLAS(Tipo K)
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(Tipo K)
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10% Ni/Cr(+) vs 5% Ni/Al/Si(-).
Recomendadas para su uso en ambientes oxidantes o inertes, en
el rango de temperaturas desde los -200 oC hasta los 1260 oC.
Dada su resistencia a la oxidacin, a menudo se emplean a
temperaturas superiores a los 540 oC.
No pueden ser empleadas en atmsferas reductoras, sulfurosas,
y en el vaco.
TIPOS DE TERMOCUPLAS(Tipo R y S)
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(Tipo R y S)
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Ry S: Pt/Rh(+) vs Pt(-).
Recomendadas para su uso continuo en atms-
feras oxidantes o inertes, en el rango de tem-
peraturas desde el 0 oC hasta los 1480 oC.
TIPOS DE TERMOCUPLAS(Tipo B)
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(Tipo B)
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30% Pt/Rh(+) vs 6% Pt/Rh(-).
Recomendadas para su uso continuo en atmsferas oxi-dantes o inertes, en el rango de temperaturas desde los
870 oC hasta los 1700 oC.
Apropiadas para su uso en vaco, por cortos perodos detiempo.
Desaconsejadas para su uso en atmsferas reductoras que
contienen vapores metlicos y no metlicos.
No deben insertarse en termopozos o tubos metlicos.
MEDICION CON TERMOCUPLA(Circuito de Conexin)
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A) Empleo de una termocupla tipo J.B) Termmetro de termocupla con un sensor de temperatura
de referencia (semiconductor LM35DZ).
MEDICION DE TEMPERATURADetectores de Temperatura Resistivos (RTD)
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A. Hilo bobinado sobre sopor-
te de vidrio o cermica y
sellado con vidrio fundido.
B. Helicoide de hilo de platino
insertado dentro de un ci-
lindro cermico.
C. Depsito de pelcula de
platino sobre un sustrato
de material cermico.
El RTD de pelcula es de mnima masa; y por lo tanto, es al-tamente resistente a las vibraciones, y presenta una mayorvelocidad de respuesta que un sensor de hilo bobinado.
MEDICION DE TEMPERATURADetectores de Temperatura Resistivos (RTD)
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Funcionamiento basado enel aumento de la resisten-cia elctrica de los mate-riales conductores, cuando
se incrementa su tempera-tura.
El material resistivo puedeser platino, nquel, o co-
bre. El ms comnmenteempleado es el platino.
Razones: Insuperable es-tabilidad, linealidad a tra-
vs de un amplio rango detemperaturas, y repetitivi-dad en las mediciones.
Coeficiente de Temperatura del Platino
= 0,003902 /C.
La medicin de temperatura se efecta enforma indirecta, mediante la medicin deresistencia.
MEDICION DE TEMPERATURADetectores de Temperatura Resistivos (RTD)
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Circuito de Conexionado conTres Hilos
El puente est balanceado (Vo=0) cuando:
R1 + R3 + A + C = R2 + B + RTD + C
Si: R1=R2, entonces:
R3 = RTD A + B
Si: A=B, entonces:
R3
= RTD
La influencia introducida
por los cables de conexio-
nado se reduce a la dife-
rencia de resistencias en-
tre los cables A y B.
MEDICION DE TEMPERATURA(Consecuencias del Autocalentamiento de los RTDs)
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El proceso de autocalentamiento de los RTDs es unafuente de error a considerar.
La medicin del voltage entre los terminales de un RTD(producido por el pasaje de una corriente), genera calorque provoca un desvo en la temperatura leda, conrespecto al valor real.
La magnitud del error en la medicin se incrementaconjuntamente con el tamao y la resistencia del RTD.
Dicho error puede ser reducido, mejorando la disipacinde calor, y reduciendo (o eliminando) el flujo de corrientea travs del RTD (balance del circuito).
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MEDICION DE TEMPERATURA(Termistores)
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Son sensores de xido metlico, fa-bricados en la forma de:
Gotas.
Barras.
Cilindros.
Pelculas gruesas.
Son sensores de temperatura absolu-ta. Brindan un valor de temperaturareferenciado respecto de cierta escalade temperatura absoluta.
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Termistores axial y radial encapadoscon vidrio.
Los termistores se dividenen dos grandes grupos:
PTC: Coef. de temp.positivo.
NTC: Coef. de temp.negativo.
MEDICION DE TEMPERATURA(Termistores)
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PTC: Incrementan su resistencia conel aumento de su temperatura.
NTC: Reducen su resistencia con el
aumento de su temperatura.
Por no brindar una respuesta en unrango de medicin muy amplio, solose los emplea en rangos de variacin
acotados, (donde su respuesta puedeconsiderarse bastante lineal).
Es recomendable que su operacinest excenta de autocalentamiento,
por ello se trata de que operen conun mnimo nivel de potencia consu-mida.
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Permiten inferir el valor de
temperatura a travs de la
medicin de su resisten-
cia, en un circuito acon-dicionador de seal (tal
como un puente de
Wheatstone).
MEDICION DE TEMPERATURA(Respuesta Comparativa)
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Comparacin entre termistores
(PTC y NTC) y RTD.
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SISTEMAS DE CONTROL
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SISTEMAS DE CONTROL(Nociones Bsicas)
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Nuclear.
Elctrica.
Electrnica.
Acstica.
Robtica.
Ciberntica.
Mecnica.89
La aplicacin de los sistemas de control no se encuentralimitada a una disciplina ingenieril en particular, sino quees aplicable por igual a la ingeniera:
Aeronutica.
Ambiental.
Civil.
Hidrulica.
Biomdica.
Software.
Etc.
SISTEMAS DE CONTROL(Modelo Manual para la Regulacin de Nivel)
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SISTEMAS DE CONTROL(Justificacin de su Empleo)
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Alta velocidad de respuesta.
Gran precisin en la regulacin de la sealcontrolada.
Capacidad de brindar servicio en formaininterrumpida.
Inmunidad a ambientes txicos, ruidosos, etc.
En general, brindan una operacin econmica.
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SISTEMAS DE CONTROL(Tipos)
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Continuos.
Discretos (On-Off).
Analgicos.
Digitales.
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LAZO ABIERTO. LAZO CERRADO.
SISTEMAS DE CONTROL(Modelo Genrico de un Regulador de Temperatura Ambiental)
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En la prctica algunos componentespodran estar fusionados.
SISTEMAS DE CONTROL(Regulador del Nivel de un Tanque)
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El transmisor de nivel (TRN)genera una seal analgica(4-20 mA), que corresponde
a niveles entre el 0% y el100%, respectivamente.
Vincula al proceso con elsistema de control.
Ejemplo de sistema decontrol de lazo cerrado conrealimentacin negativa.
SISTEMAS DE CONTROL(Regulador del Nivel de un Tanque)
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El controlador indicador denivel (CIN) compara la sealrecibida con un valor de
referencia, y amplifica ladiferencia entre ambos.
En este caso, la accin decontrol requerida es inversa.
Al aumentar la presin en eltransmisor de nivel, lapresin en el diafragma dela vlvula se debe reducir.
SISTEMAS DE CONTROL(Regulador del Nivel de un Tanque)
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El transductor (TRD)transforma la seal elc-trica, proveniente delCIN, en una seal neu-mtica que se aplica al
diafragma de la vlvula.
SISTEMAS DE CONTROL(Regulador del Nivel de un Tanque)
Di d Bl
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Diagrama de Bloques
SISTEMAS DE CONTROL(Regulador del Nivel de un Tanque)
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R: Valor de set point o referencia.
E: Error (desviacin con respecto al set point).
G: Ganancia del lazo de avance (incluye al controlador, vlvula, etc.)
H: Ganancia del lazo de realimentacin (representa al transmisor).
B: Seal realimentada.
C: Variable controlada (nivel del tanque, en este caso).
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Esquema simplificado que
no contempla la existenciade perturbaciones.
SISTEMAS DE CONTROL(Control por Turbina o Turbina Dominante)
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Segn los requisitos de potencia por parte de la red, el regulador de
torque de la turbina modifica el grado de apertura de la vlvula de vapor.
Cambios en el flujo de vapor, tienden naturalmente a modificar la pre-
sin en el generador de vapor (parmetros inversamente relacionados).
El sistema de control del reactor ajusta su potencia, mediante el cambiode posicin de las barras de control, para mantener la presin en el ge-
nerador de vapor en su valor de consigna.
Modo deoperacin
preponderanteen la CNA I.
SISTEMAS DE CONTROL(Control por Reactor o Reactor Dominante)
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El valor de consigna es el nivel de potencia generado por el reactor nuclear.
Las diferencias del nivel de potencia generada por el reactor nuclear, conrespecto al valor de consigna, son reducidas/eliminadas mediante la regulacin de
la posicin de las barras de control .
Cambios en el nivel de potencia del reactor tienden naturalmente a modificar la
presin en el generador de vapor (parmetros directamente relacionados).
Para mantener la presin en el generador de vapor en su valor de consigna, el
regulador de presin modifica el flujo de vapor inyectado a la turbina; y
consecuentemente, la potencia entregada por esta al generador elctrico.
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CONFIABILIDAD
(Nociones Bsicas)
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CONFIABILIDAD(Definiciones)
L fi bilid d t ti i d
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La confiabilidad es una caracterstica propia de un
dispositivo, expresada por la probabilidad de que dicho
dispositivo lleve adelante la tarea asignada, bajo cier-
tas condiciones, durante un determinado intervalo detiempo.
Desde un punto de vista cualitativo, se puede definir a
la confiabilidad como la habilidad de un dispositivo
de permanecer funcional.
La confiabilidad especifica la probabilidad de que NO
ocurrirn interrupciones operacionales durante cierto
intervalo de tiempo.
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CONFIABILIDAD(Vnculo con las Condiciones Operativas)
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Las condiciones operativas ejercen una influ-
encia importante sobre la confiabilidad; y porlo tanto, deben ser especificadas detallada-
mente.
Por ejemplo: La experiencia muestra que latasa de falla de semiconductores se duplica, al
producirse un incremento de la temperatura
desde los 10 oC hasta los 20 oC.
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NOCION DE FALLA (1)
U f ll d di iti d j
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Una falla ocurre cuando un dispositivo deja
de cumplir con la funcin solicitada.
Por consiguiente, una falla es el estado de
un dispositivo, que es originado por un
defecto o rotura.
Las fallas NO son la nica causa por la cual
un dispositivo puede salir de servicio.
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NOCION DE FALLA (2)
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Falla es el trmino general empleado para definir la
puesta fuera de servicio de un dispositivo, que NOes causada por los siguientes factores:
Acciones de mantenimiento preventivo.
Otras acciones planeadas con anticipacin.
Falta de recursos externos.
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NOCION DE FALLA (3)
El tiempo libre de falla es, en general, una variablealeatoria A menudo es razonablemente largo pero
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aleatoria. A menudo es razonablemente largo, pero
tambin puede ser muy corto.
Adems de considerar su frecuencia relativa de ocu-
rrencia, las fallas pueden clasificarse de acuerdo a
los siguientes parmetros:
Modo.
Causa.
Efecto. Mecanismo.
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NOCION DE FALLA (4)
Modo: El modo de una falla es el sntoma
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Modo: El modo de una falla es el sntoma
(efecto local), por el cual se nota dicha falla.
Por ejemplo:
Componentes electrnicos abiertos, en corto, o
con deriva en sus valores nominales.
Componentes mecnicos con rotura quebradiza,
fisuras, fatiga, etc.
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NOCION DE FALLA (5)
Causa: Puede ser intrnsica o extrnseca.
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Intrnsica por debilidad o desgaste.
Extrnseca por mal uso, o por errores en el diseo
y/o produccin.
Las causas extrnsecas, a menudo, conducen a fallas
sistemticas que son determinsticas, y pueden
considerarse como defectos.
De existir, los defectos estn presentes a t=0.
Las fallas ocurren luego de cierto tiempo de funcio-
namiento (incluso si el tiempo hasta que ocurre lafalla es corto), como puede darse en el caso de
fallas sistemticas o fallas tempranas.108
NOCION DE FALLA (6)
Efecto: El efecto (consecuencia) de una falla es general-
mente diferente, segn se considere sobre el dispositivo
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mismo o a un nivel ms alto (el sistema). Una clasificacin
comn es:
Irrelevante.
Parcial.
Completo.
Falla crtica.
Adems, como una falla puede provocar fallas adicionales
sobre un dispositivo, se puede efectuar la siguiente distincin:
Falla primaria.
Falla secundaria.
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NOCION DE FALLA (7)
Mecanismo: Puede ser fsico, qumico, uotros procesos que resulten en una falla
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otros procesos que resulten en una falla.
Adems, las fallas pueden clasificarse en
repentinas, y en graduales.
Las fallas repentinas y totales son
denominadas fallas catalpticas (ocatastrficas), y
Las fallas graduales y parciales son
denominadas fallas por degradacin.
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NOCION RIESGO(Curva de la Baera)
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Curva que representa elriesgo de falla vs. el tiempo.
La zona I representa el perodo de mortalidad infantil, all el
riesgo de falla decae rpidamente con el tiempo.
Las fallas en esta fase, generalmente, se atribuyen a falencias
(distribuidas en forma aleatoria) de los materiales, componentes, o
procesos de produccin.
NOCION RIESGO(Curva de la Baera)
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Curva que representa elriesgo de falla vs. el tiempo.
La zona II representa el perodo de operacin normal (con fallas
aleatorias), donde el ndice de fallas permanece aproximadamente
constante, y estas pueden ocurrir a cualquier edad.
Fallas en este perodo, a menudo son catalpticas.
NOCION RIESGO(Curva de la Baera)
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Curva que representa elriesgo de falla vs. el tiempo.
Por ltimo, la zona III representa el perodo de desgaste (con fallas
por envejecimiento), que se caracteriza porque el ndice de fallas
aumenta a medida que transcurre el tiempo.
Las fallas en este perodo se atribuyen a la edad, al desgaste, a la
fatiga, etc.
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DIAGRAMA DE BLOQUES DECONFIABILIDAD
(DBCs)
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DIAGRAMA DE BLOQUES DE CONFIABILIDAD
(DBCs)
E di d t d l t
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Es un diagrama de eventos que responde a la pregunta:
Qu elementos del sistema en consideracin son necesarios
para llevar a cabo la misin requerida, y cuales pueden fallar
sin afectar a la misma?
El diseo de un DBC requiere la particin del sistema analizado
en elementos con tareas claramente definidas.
DIAGRAMA DE BLOQUES DE CONFIABILIDAD
(DBCs)
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Los elementos que son necesarios para la misin requerida seconectan en serie, mientras que los elementos que pueden
fallar, sin alterar la ejecucin de dicha funcin, se conectan en
paralelo (redundancia).
Nociones sobre redundancia se exponen en pantallas
futuras.
DIAGRAMA DE BLOQUES DE CONFIABILIDAD
(DBCs)
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El orden con que se incluye a los elementos en serie no tiene
importancia.
Al disear el DBC se debe tener en cuenta que solo dos
estados son posibles para los bloques: (1) en buen estado, o
(2) fallado.
Notar que un DBC difiere de un diagrama de bloques funcional
(DBF), puesto que uno o ms elementos de un sistema pueden
aparecer ms de una vez en un DBC; mientras que el elemen-
to correspondiente est fsicamente presente solo una vez en el
sistema analizado.
DIAGRAMA DE BLOQUES DE CONFIABILIDAD
(DBCs)
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Para resaltar la fuerte dependencia provocada por
esta condicin, es til emplear otra forma (que nosea un rectngulo) para esos elementos.
Para evitar confusin, cada elemento fsicamente
diferente debe poseer su propio nmero, que no
puede ser compartido por otro elemento.
DIAGRAMA DE BLOQUES DE CONFIABILIDAD
(Ejemplo)
Algunos elementos se emplean para cumplir dos tareas
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distintas (E1 y E2), segn los siguientes DBCs.
Provea el DBC para el caso en que ambas tareas serequieran en forma simultnea, en una tarea nica.
DIAGRAMA DE BLOQUES DE CONFIABILIDAD
(Ejemplo)
La ejecucin simultnea de ambas tareas requiere la
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conexin en serie de los DBCs anteriores. Aqu es posible
una simplificacin del elemento E1.
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REDUNDANCIA(Nociones Bsicas)
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CONCEPTO DE REDUNDANCIA
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Alta confiabilidad, disponibilidad, y/o seguridad al
nivel de equipo o sistema, a menudo solo puedealcanzarse con la ayuda de redundancia.
La redundancia consiste en la existencia de ms de
un medio para ejecutar una tarea requerida.
CONCEPTO DE REDUNDANCIA
La redundancia no implica simplemente la dupli
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La redundancia no implica simplemente la dupli-
cacin del hardware o equipos, puesto que tambin
puede implementarse mediante cdigos de software.
Sin embargo, para evitar fallas de modo comn, los
elementos redundantes deberan disearse y
producirse en forma independiente entre s.
CONCEPTO DE REDUNDANCIA
Independientemente del modo de falla (por ej.:cortocircuito o circuito abierto), la redundancia
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aparece siempre en paralelo en el DBC.
Desde el punto de vista operativo, la redundancia se
puede clasificar en:
Redundancia activa (o en caliente).
Redundancia en tibio.
Redundancia en standby (en fro o descargada).
CONSECUENCIAS DE LA REDUNDANCIA
Mayor costo de inversin.
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Mayor peso y volumen de los equipos.
Requisito de mayor stock de repuestos.
Mayores requisitos de mantenimiento preventivo.
Mayor consumo de energa.
Mayor probabilidad de fallas en los dispositivos
(implica mayor inversin en mantenimientocorrectivo).
CLASIFICACION DE REDUNDANCIA (1)
Redundancia Activa (en caliente)
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Los elementos redundantes se someten, desde el
comienzo, a la misma exigencia que los elementos
operativos.
Es posible la demanda o solicitacin compartida.
La tasa de fallas en el estado de reserva es la
misma que en el estado operativo.
CLASIFICACION DE REDUNDANCIA (2)
Redundancia en Tibio
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Los elementos redundantes se someten, desde el
comienzo, a una exigencia menor que los elemen-
tos operativos, hasta que uno de los elementos
operativos falla.
Es posible la demanda o solicitacin compartida.
La tasa de fallas en el estado de reserva es msbaja que en el estado operativo.
CLASIFICACION DE REDUNDANCIA (2)
Redundancia en Standby
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Los elementos redundantes NO estn sometidos ademanda alguna, hasta que uno de los elementos
operativos falla.
NO es posible la demanda o solicitacin compartida.
La tasa de fallas en el estado de reserva se asume
igual a cero.
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MODOS PARALELOS(Breve Introduccin)
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MODOS PARALELOS (1)
Un modo paralelo consiste en n elementos (a
menudo estadsticamente idnticos) en
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menudo, estadsticamente idnticos) en
condicin de redundancia activa, de loscuales k son necesarios para ejecutar la
tarea solicitada, y los restantes n-k estn en
reserva.
A dicha estructura se la denomina
redundancia k de n.
MODOS PARALELOS (2)
(Ejemplos)
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MODOS PARALELOS (3)
(Ejemplos)
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CORREO ELECTRONICO
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EPILOGO DEL CURSO
EL BUEN INSTRUCTOR ES AQUEL QUE CUANDOCULMINA SU TAREA, SUS ALUMNOS EXCLAMAN:
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JA!!!, TODO ESTO LO APRENDIMOS SOLOS !!!
UN ULTIMO DESEO
TENGAN UNA EXISTENCIA PROLONGADA Y
FRUCTIFERA !!!
SG
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FINContinuar ...?
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