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UNIVERSIDAD DE ORIENTENÚCLEO DE ANZOÁTEGUI
ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADASDEPARTAMENTO DE ELÉCTRICAPOSTGRADO EN INGENIERÍA ELÉCTRICA
ESPECIALIZACIÓN EN AUTOMATIZACIÓN EINFORMATICA INDUSTRIAL
INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL
POROMAR BUSTILLOS PONTE
PUERTO LA CRUZ, NOVIEMBRE DEL 2001
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UNIVERSIDAD DE
Prof. Omar Bustillos Ponte CIVARCHIVO: Instrumentación Inustrial
ESCUELA DE INGENIERIA Y CIENCIAS APLICADAS – DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICAP!"ina 2
INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL
POROMAR BUSTILLOS PONTE
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UNIVERSIDAD DE ORIENTEESCUELA DE INGENIERIA Y CIENCIAS APLICADAS – POSTGRADO EN INGENIERÍA
ELECTRICAP!"ina #
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INDICEDescripci! P"#i!$
Í!%ice #I!&r'%(cci! $
C$p)&(*' + . 1%1.1 Introucción. 111.2&e'nición e (aria)le. 121.#Clasi'cación e las (aria)les. 12
a. Varia)les t*rmicas 12
). Varia)les e raiación 1#c. Varia)les e fuer+a 1#. Varia)les e (elocia 1#e. Varia)les e cantia 14f. Varia)les e tiem,o 14". Varia)les "eom*tricas 14-. Varia)les e ,ro,ieaes fsicas 14i. Varia)les e com,osición /umica 15
0. Varia)les el*ctricas 151.4Clasi'cación ,or seal e meición. 15
a. o(imiento 13
). uer+a 1c. 6eales el*ctricas 1. 6eales e meición e tiem,o moulao 1$
1.5Relación el instrumento 7 el control e ,rocesos. 1$1.36eales e meición ,ara las (aria)les 191.6istemas e control 21
C$p)&(*' , . 242.18rrores e meición. 252.2&e'nición e error. 252.# i,os e meición. 25
a. Com,aración irecta 25). A0uste -asta la i"uala 25c. Acción irecta e al"n sistema fsico 23
2.4uentes e error. 23a. Ruio en las meiciones 23). iem,o e res,uesta 2c. ;imitaciones e iseo 2$. 8rrores e o)ser(ación 7 e inter,retación 29
2.5Clasi'cación e los errores. #%
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a. 8rrores sistem!ticos #%). 8rrores casuales #%
2.3 ratamiento estastico e los atos. #1a. Promeio o meia aritm*tica #2). &es(iación normali+aa #2c. 8rror ,ro)a)le e una meición sim,le ##. 8rror ,ro)a)le e la meia #4e. Inter(alos e con'an+a #5f. Valores si"ni'cati(os #
C$p)&(*' - . 4%#.1*toos e meición. 41#.28?u* es lo /ue e)e lo"rarse como resultao e la meición@49
C$p)&(*' . . 514.1eición el instrumento. 524.28rror el instrumento 544.#Alcance s,an. 55
4.4 Incertium)re e la meia uncertaint7. 554.5Re,eti)ilia. 554.3Precisión accurac7. 554.ia)ilia. 54.$Re,rouci)ilia o esta)ilia. 54.96ensi)ilia sensiti(it7. 5$4.1%Resolución o iscriminación. 5$4.11Cam,o e meia. 5$4.128s,acio muerto o )ana muerta &ea +one o ea )an. 5$4.1#m)ral. 594.14&es,la+amiento el cero. 59
4.15&emora. 594.13Hist*resis H7steresis. 594.1unción e transferencia. 594.1$Cali)ración. 3%4.19&eri(a. 3%4.2% em,eratura e ser(icio. 3%4.21Via til e ser(icio. 3%
C$p)&(*' / . 315.16eales. 32
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5.2 i,os e seales. 335.#6eal Analó"ica. 33
5.46eal &iscreta. 335.56eal 8l*ctrica. 335.36eal Deum!tica. 335.6eal Hart. 335.$ ransmisión e la seal. 3$5.9nia terminal remota R. 3$5.1%nia e ló"ica 7 ,rocesamiento P;C. 395.11Dormas. 39
a. Resumen Dorma I6AE65.1 %). Resumen Dorma I6AE65.2 $9c. Resumen Dorma I6AE65.# 9%
C$p)&(*' 0 . 993.1 i,os e instrumentos. 1%%
a. 6e"n la función 1%%). 6e"n la (aria)le e ,roceso 1%2c. uncionamiento analó"ico 7 i"ital 1%#
3.2;os elementos e un instrumento. 1%43.#8lementos acti(os 7 ,asi(os. 1%$3.4 ransuctores. 1%93.5Con(ersores. 11%3.3Con(ersores &FA. 11%
3.Con(ersores AF&. 112
C$p)&(*' 1 . 114.1Princi,ios )!sicos e la ,resión. 115.2i,os e instrumentos ,ara meir ,resión. 113
a. Instrumentos mec!nicos 113). Instrumentos electromec!nicos 7 electrónicos 11
.#&escri,ción e los instrumentos e meir ,resión. 11$a. Columnas e l/uio 11$). Instrumentos el!sticos 12%c. instrumentos electrónicos 124
C$p)&(*' 2 . 1#3$.1eición e =u0o. 1#$.2actores /ue afectan el =u0o e un =uio. 1#
a. Velocia el =uio 1#$). ricción el =uio en contacto con la tu)era. 14%
c. Viscosia el =uio 141. &ensia el =uio 141e. 8fectos e la ,resión 7 e la tem,eratura el =uio 14#
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. ermómetros e resistencia 211e. ermistores 21#
f. Pirómetros e raiación 214
C$p)&(*' ++ . 2111.1Otras (aria)les 21$11.2&irecciones e Internet 21$
5i6*i'#r$7)$ 221
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INTRODUCCIÓN
8n el ,resente tra)a0o se muestra el material i!ctico e la materia
I!s&r(8e!&$ci! I!%(s&ri$* con los a(ances tecnoló"icos /ue est!n actualmente
en el mercao en forma e is,ositi(os e meiciónG control 7 transmisiónG estos
is,ositi(os son em,leaos en toas las inustrias e ,rocesoG tanto continuos como
,or lotesG ,ara mantener las es,eci'caciones el ,roucto entro e los lmites
esta)lecios ,or las e
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C$p)&(*' ,. 8rrores e meición. &e'nición e error. i,os e meición. uentes e
error. Clasi'cación e los errores. ratamiento estastico e los atos.
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C$p)&(*' -. *toos e meición. 8
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Ca,tulo 1Ca,tulo 1
Varia)les 7 seales eVaria)les 7 seales e meiciónmeición
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C$p)&(*' +
+9+ I!&r'%(cci!
oa inustria /ue mane0a ,rocesos re/uiere cuanti'car las cantiaes e ,rouctos
/ue entran o salen e un reci,ienteG tu)era o sencillamente e un es,acio limitao
,or )ores (irtualesG en ,lantas e ,rocesos ,or lo "eneral -a7 /ue meir tam)i*n
las ,ro,ieaes tem,eraturaG ,resiónG masaG ensiaG etc.. ;a meición e las
cantiaes in(olucraas ,ermite controlar el ,rocesoG a"re"ano otro com,onente a
la me+claG reucieno o incrementano la tem,eratura 7F o la ,resiónG en 'nG ,ermite
tomar ecisiones acerca el ,aso si"uiente ,ara lo"rar un o)0eti(o.
;a cuanti'cación e las cantiaes se reali+a a tra(*s e is,ositi(os /ue emiten
seales e,enientes ,or lo "eneral el cam)io en la cantia in(olucraaG
e'ni*nose entonces la seal como un estimulo e
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i"ura 1.1. Re,resentación "r!'ca e seales e a tiem,o continuo 7 ) tiem,oiscreto
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+9,De:!ici! %e ;$ri$6*e
;as cantiaes o caractersticas /ue se mien las cuales sir(en e )ase e control
se enominan (aria)lesG frecuentemente reci)en el nom)re e (aria)les e meiciónG
(aria)les e instrumentación o (aria)les e ,roceso. 8
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69V$ri$6*es %e r$%i$ci!
;as (aria)les e raiación se re'eren a la emisiónG ,ro,a"ación 7 a)sorción e
ener"a a tra(*s el es,acio o e al"n material en la forma e onas 7 ,or
e
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/ue el cuer,o recorre una meia ,or unia e tiem,oG la meia ,uee ser lineal o
an"ular. ;a (aria)le (elocia ,uee tam)i*n cam)iar en el tiem,o ano ori"en a
otra (aria)le re,resentaa ,or la aceleración.
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e9V$ri$6*es %e c$!&i%$%
;as (aria)les e cantia se re'eren a la cantia total e material /ue e
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a"ua. ;a -umea relati(a es la relación entre la ,resión e
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a"ua saturao a la misma tem,eratura. 8l contenio e -umea es la
cantia e a"ua li)re /ue se encuentra en una sustancia.
Visc'si%$%: 8s la resistencia /ue ofrece un =uio a su eformación ,orcorte.
C$r$c&er)s&ic$s es&r(c&(r$*es: 6on las ,ro,ieaes cristalinasG
mec!nicas o metalr"icas e las sustancias. &ure+aG uctiliaG
estructura metalr"icaG etc.
i9 V$ri$6*es %e c'8p'sici! ()8ic$6on las ,ro,ieaes /umicas e las sustancias referias a su com,osiciónG a su
acie+ o alcalinia.
B9 V$ri$6*es e*
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e,enientes e la /ue reci)ióG como e0em,lo: un con(ertior analó"ico E i"ital AF&
C.
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8l uso e seales e meición ,ermite la meición e toas las iferentes (aria)les
meiante una com)inación e transuctores ,rimarios es,eciali+aosG 0unto con un
nmero ,e/ueo e sistemas e res,uesta asociaos con un ,e/ueo nmero e
seales e meición.
i"ura 1.2. Ciclo e a/uisición 7 tratamiento e seales e meición.
;as seales e meición se inclu7en entro e ie+ i(isiones sencillas:
$9M';i8ie!&'
oas las manifestaciones el (alor e la (aria)le meia est!n )asaas en
al"una forma e mo(imientoG el cual es una entraa sin"ular a lostransuctoresG controlaoresG com,utaoras 7 otros sistemas e res,uesta a la
meición.
? M';i8ie!&' 8ec"!ic': 8l es,la+amiento e un inicaorG ,lumilla e
re"istro o e otro elemento sólio es la forma mas usual el efecto /ue se mie.
8l mo(imiento mec!nico lineal o an"ular se toma tam)i*n como un efecto e
entraa a otros sistemas e res,uesta.
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? Desp*$=$8ie!&' *)(i%': 6e em,lea como manifestación en los termómetros
con (!sta"o e (irioG los manómetros con tu)o e (irio 7 otros similares.
am)i*n se em,lea como seal e transmisión en los sistemas e termómetrollenos e l/uio 7 e tu)o met!licoG 7 en otros sistemas.
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?M';i8ie!&' %e (!$ *(= ' >$= %e e*ec&r'!es
: 6e em,lea como
manifestación en los oscilosco,iosG osciló"rafosG "al(anómetros e -a+ e lu+ 7
otros seme0antes. am)i*n se utili+a como elemento sensi)le e ,osición en
al"unas a,licaciones one se re/uiere /ue la fuer+a e reacción el elemento
sensi)le sea es,recia)le.
69F(er=$
8s un ti,o comn e seal utili+aa en la con(ersiónG transmisión 7 utili+ación
e las meiciones.
• F(er=$ 8ec"!ic$ &'&$*: 6e usa con frecuencia como entraa e
controlG como elemento e con(ersión en los is,ositi(os e fuer+as
)alanceaas 7 ,ara la transmisión e seales a istancias meias en
uniaes e lon"itu. 6e ,uee eri(ar 7 con(ertir en mo(imientoG o
en ,resión iferencial o est!tica.
• Presi!: ;a fuer+a ,or unia e !rea en los =uios es una seal e
meición /ue em,lea ,ara la transmisión e la meición. 6e utili+a
tanto como ,resión est!tica como la iferencial con (alores /ue (aranese ,resiones iferenciales e ,ul"aas e a"uaG las cuales se
esarrollan meiante una ,laca ori'cioG -asta ,resiones e 1.%%%
l).F,ul"2
esarrollaas en sistemas con termómetro lleno e "as 7
sellaos. ;as ,resiones neum!ticas /ue se ace,tan como est!nar son
# a 15 l).F,ul"2
,oco usual e # a 2 l).F,ul"2 ,ara la transmisión
neum!tica e las seales e meición 7 control.
c9 Se$*es e*
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• Se$* %e ;'*&$Be ' c'rrie!&e: ;as seales e (olta0e o corriente
tienen una relación '0a entre la (aria)le meia 7 la seal e (olta0e o
e corriente.
• Se$* %e re*$ci! %e ;'*&$Be ? c'rrie!&e : ;as seales e relación
e (olta0e 7 corriente son a/uellas en /ue la relación entre el (olta0e 7
la corriente es la caracterstica si"ni'cati(a e la seal e meición.
Cuano el cam)io en la (aria)le
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/ue se mie ,rouce un cam)io e im,eancia en el circuito e
meiciónG la relación entre el (olta0e 7 la corrienteG o entre los (olta0es
o corrientes e entraa 7 e saliaG e'ne el (alor meio.
%9Se$*es %e 8e%ici! %e &ie8p' 8'%(*$%'
Para la transmisión e las meicionesG ,articularmente a "ranes istancias se
utili+a cierto nmero e seales e tiem,o moulao el ti,o Ka)ierto L
cerraoM.
• Se$* %e %(r$ci! %e (! p(*s': Neneralmente o,eran con la
uración e un ciclo constante /ue (ara entre 1 7 15 se"unosG enone la relación entre el tiem,o /ue el circuito esta cerrao 7 el
tiem,o en /ue el circuito se encuentra a)iertoG urante caa cicloG
re,resenta el (alor e la (aria)le. ;as seales con uración e un ,ulso
tam)i*n se utili+an ,ara la inte"raciónG sin /ue im,orte la istancia e
transmisión.
• Se$* %e 7rec(e!ci$: ;a seal e la frecuencia re,resenta el cam)io
el (alor e la (aria)le /ue se mieG se em,lean con frecuencia ,ara la
transmisión e la meiciónG ,articularmente so)re circuitos ,ortaores7 circuitos raiotransmisores. ;a (elocia rotacional a (eces se
transforma a frecuencia como seal e meiciónG sin /ue ten"a
im,ortancia la istancia e transmisión.
• Se$* %e 8'%(*$ci! %e p(*s's c*$;e: ;a seal e meición ,uee
ser sim,lemente la cuenta el nmero e ,ulsos entro e cierto
inter(alo e tiem,oG o ,uee ser una seal )inaria totalmente
coi'caa o ecimal )inaria. ;os ,ulsos cla(e se utili+an
frecuentemente en las com,utaoras i"italesG en los re"istraores
/ue o,eran con atos i"itales.
+9/Re*$ci! %e* i!s&r(8e!&' ? e* c'!&r'* %e pr'ces's
;a '"ura 1.# muestra como es ,osi)le controlar el ,roceso e "iro e un motor al
conocer la ,osición e salia sensaa ,or la (ariación e la ,osición e un cursor
so)re una resistencia (aria)le. Otro forma sim,le es sensar la ,resión 7Fo
tem,eratura e un ,roceso con las cuales se ,uee eterminar a ,artir e la
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ecuación e estao la (aria)le e,eniente 7 com,arar el (alor o)tenio con un
(alor e referencia set ,ointG e esta forma se ,uee alterar controlano con una
(!l(ula la entraa e mas o menos (a,or /ue ar! incrementos e tem,eratura-asta alcan+ar el
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(alor e referencia. am)i*n sim,lemente se ,uee leer e un termómetro una
tem,eratura /ue au
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a)la 1. Varia)les 7 seales e meición
Varia)le
6eal e
N o t a
M o v i m
i e n t o
m e c á n i c o
D e s p l a z a m
i e n t o
l í q u i d o
M o v i m i e n t o
d e
l u z o d e u n h a z
d e e l e c t r o n e s
F u e r z a t o t a l
P r e s i ó n
V o l t a j e o
r r i e n t e
R e l a c i o n e s d e
v o l t a j e y
c o r r i e n t e
u r a c
n
e
u l s o
F r e c u e n c i a
P u l s o c l a v e
1 em,eratura 1 X X X X X X X2 Calor es,ec'co 4# Varia)le e ener"a 44 Valor calor'co 4
5 Raiación nuclear X X X3 Raiación X X X Varia)le fotom*tricas 5$ Varia)le acsticas 59 uer+a total X X X O X X X
1% omento o ,ar e X X X X X X11 Presión o (aco X X X X O X X12 lu0o X X X X X X1# Ra,ie+ o (elocia X X X X X14 Aceleración X X X X X X15 asa 213 Peso X X X X
1 iem,o transcurrio X X X X1$ recuencia X X X O X19 Posición X X X X X X X X X X2% &imensión 621 Contorno 622 Di(el X X X X X X2# &ensia 7 ,eso X X X X X24 Humea 3 X X X X25 Contenio e -umea X X X23 Viscosia X X X2 Caractersticas 7
2$ Com,osición /umica 829 Volta0e el*ctrico X X X O X X X X
#% Corriente el*ctrica X X X O X X X X
#1 Resistencia el*ctrica X X X X
#2 Inuctancia el*ctrica X X X X
## Ca,acitancia el*ctrica X X X X
#4 Im,eancia el*ctrica X X X X
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N'&$s $c*$r$&'ri$s %e *$ &$6*$ +
1. ;a tem,eratura se mie ,or raiación. oos los cuer,os raian 7 a)sor)en
ener"a e onas electroma"n*ticasG e,enieno e su tem,eraturaG la relación
entre la tem,eratura 7 la raiación no im,lica el uso e al"n transuctorG sin
em)ar"oG la raiación se em,lea ,ara meir la tem,eraturaG es,ecialmente ,ara
las altas tem,eraturas.
2. ;a masa se mie casi siem,re ,or el efecto e la "ra(eaG ,or su ,eso.
#. ;a -umea se mie ,or la tem,eratura el ,unto e roco. 8sto se a,lica a la
meición irecta e la tem,eratura el a"ua ,ura cu7a ,resión e (a,or es i"ual a
la ,resión e (a,or /ue se (a a meir 7 tam)i*n a la ,resión el (a,or el cloruro
e litio saturao en elementos saturaos con cloruro e litio.4. Do e
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Al"unas a,licaciones e los instrumentos e meia ,ueen caracteri+arse ,or tener
esencialmente una función e monitori+ación. ;os termómetrosG )arómetros 7
anemómetros sir(en ,ara ese
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PROCESO
8;88DO &8 CODRO; IDA;
8DRA&A&8 8D8RNIA
FO A8RIA; VARIAB;8CODRO;A&A
ID6R8DO &8 8&I&A
,ro,ósitoG sim,lemente inican la conición el meio am)iente 7 sus lecturas no
sir(en como función e control en sentio orinarioG al i"ual los meiores e a"uaG
"as 7 electricia el -o"ar cuentan las cantiaes /ue se consumen e esos =uios
,ara ,oer cancelar el monto a ,a"ar ,or el usuario. 8n el caso e las em,resas /ue
tra)a0an con elementos raioacti(osG sus tra)a0aores e)en lle(ar consi"o una
,elcula /ue sir(e ,ara acusar la e
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PROCESO
8;88DO &8 CODRO; IDA; ID6R8DO &8 8&I&A
CONTROLADOR
A;8RACIOD86
8DRA&A&8 8D8RNIA
FO A8RIA; VARIAB;8CODRO;A&A
VA;OR &868A&O &8 ;AVARIAB;8 CODRO;A&A68 POID
i"ura 1.5. ;a+o cerrao e control.
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Ca,tulo 2Ca,tulo 2
8rrores e meición8rrores e meición
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C$p)&(*' ,
,9+Err'res %e 8e%ici!
;a ,resencia uni(ersal e lo incierto en las meiciones fsicas e)e reconocerse como
,unto e ,artia en el tratamiento e los errores en los sistemas e meición. 8l
error e -ace ,resente ,or el sistema e meición ao,tao 7 ,or los ,atrones
em,leaos ,ara la cali)ración el instrumento e meia.
,9,De:!ici! %e err'r;a ma"nitu e cual/uier cantia fsica /ue se esea meir estar! inte"rao ,or un
(alorG formao en cierta unia seleccionaa e forma aecuaa 7 e un (alor
num*rico asociao. As ,or e0em,loG en la meición e tem,eratura se ,uee
seleccionar o CG el (alor num*rico ,uee ser 11% /ue e,ener! e la uniaG si
se selecciona CG la ma"nitu meia ser! 11% C. 8l "rao e falla en cuanto a
es,eci'car e
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c9 Acci! %irec&$ %e $*#! sis&e8$ 7)sic'
Al"una ,ro,iea e la (aria)le /ue se mie es la /ue se utili+a ,ara o,erar un
sistema inicaor aecuao 7 su ma"nitu se lee en una escala a,ro,iaa. 80em,lo:
;a ma"nitu e la corriente el*ctrica ,uee meirse a ,artir el ,ar e torsión /ue se
,rouce en el sistema mó(il e un am,ermetro 7 el (alor se lee consierano la
e=e
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,roceenciaG en muc-os casos e)en em,learse 'ltros e car!cter electrónico. ;os
ruios ,ueen "enerarse en:
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1. 8l sistema sensi)le ,rimario
2. 8l canal e comunicación o unión intermeia
#. 8l elemento inicaor el sistema
69 Tie8p' %e resp(es&$
8l tiem,o e res,uesta en un sistema e meición a una seal tam)i*n ,uee
contri)uir a la incertium)re e la meición. 6i la seal no es constante en su (alorG
resultar! el retraso e la res,uesta el sistema en cuanto a la inicación cu7o (alor
e,ene e una secuencia e (alores el meio estimulante entro e cierto
inter(alo e tiem,o. 80em,lo: ?uien esee meir los cam)ios e tem,eratura en el
am)iente e la c!mara e com)ustión e un motor reci,rocante no ,or! em,lear un
termómetro ,or su )a0a ca,acia e res,uesta.
Consi*rese un sistema sim,le formao ,or un inicaor e ,resión consistente en
unos fuelles conectaos a la fuente e ,roceencia e la ,resión ,or meio e un
tu)o e ,e/ueo i!metroG ,or el tu)o e)e =uir "as /ue incrementar! la ,resión el
fuelle 7 lo -ar! e
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θ = K (t − T )+ KT e T 2.4
Para am)os ti,os e cam)ioG la ecuación e res,uesta contiene un t*rmino transitorio
/ue escri)e la res,uesta inicial 7 un t*rmino e estao uniforme (alor asintótico e
la cur(a e res,uesta /ue
−1
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escri)e el com,ortamiento el sistema es,u*s e un inter(alo /ue es lar"o
com,arao con el tiem,o e res,uesta . ;a inicación el sistema es una función e
su tiem,o e res,uestaG as como e los cam)ios e la (aria)le /ue se mie.
i"ura 2.1. Res,uestas e un sistema e meición.
8n el caso e situaciones o sistemas mas com,licaosG la solución re/uiere e
an!lisis a,ro
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elemento el sistema con la acción e la (aria)le /ue se mieG e0em,lo e ello es la
,resencia e una ,laca ori'cio en un tu)o /ue trans,orta un =uioG en
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• I!(e!ci$ pers'!$* %e* '6ser;$%'r: Al"unos o,eraores ,ueen
a,reciar /ue el inicaor se encuentra e
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a,reciación e,ener! e la e
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8n la meición e cual/uier cantia fsicaG las o)ser(aciones est!n in=uias ,or una
cantia e factoresG los cuales se enominan ,ar!metros e meición. ;as
o)ser(aciones re,etias e la ma"nitu e cierta cantia ,ueen iferir como
resultao e la falla el is,ositi(o. 6i se su,one
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$9 Pr'8e%i' ' 8e%i$ $ri&8
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mn
2
44G1% 1% 2 1%
σ =2.5
6i se toma la iferencia entre caa una e las o)ser(aciones el e0em,lo ,re(io 7 la
meia o ,romeio aritm*tico se calcula el (alor e m o (alor e la es(iación
,articular con res,ecto a la meia el "ru,oG estos (alores est!n re,resentaos en la
a)la 2.#G los c!lculos si"uientes eterminan la es(iación normali+aa )asao en la
ecuación 2.5:
σ = = 0,21 mm
a)la 2.#
m 2 2m < 1%
E G29
%G%# %G%9
E 2G$9
%G%# %G%9
%G1# 1G39
%G% %G49
%G%# %G%9
E %G49
%G5# 2$G%9E 2G$9
∑= 44G1%
c9 Err'r pr'6$6*e %e (!$ '6ser;$ci! si8p*e
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m2
n 1
n
n
nmero e o)ser(aciones es "raneG la es(iación ,ro)a)le e una o)ser(ación sim,le
con res,ecto a la meia esta aa ,or la ecuación 2.3:
r = ±0,6745 σ 2.3
&one Z re,resenta la es(iación normali+aa ,re(iamente calculaaG a,licano
(alores a la ecuación 2.3 se o)tiene /ue:r = ±0,6745 ⋅ 0,21 = ±0,15mm
A-ora )ien si el nmero e o)ser(aciones es ,e/ueoG se ,uee a,licar la ecuación2.
r = ±0,6745 2.
%9 Err'r pr'6$6*e %e *$ 8e%i$
8ste se e'ne con la e
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n 1%
R = r
= ± 0,15
= ±0,05 mm
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e9 I!&er;$*'s %e c'!:$!=$
eiante el an!lisis estastico e los atos es ,osi)le esta)lecer un inter(alo e
es(iación el (alor meioG entro el cual cierta fracción e toos los (alores ,uee
es,erarse /ue /uee incluia. 8ste inter(alo se enomina Kinter(alo e con'an+aM 7
la ,ro)a)ilia e /ue el (alor e una o)ser(ación seleccionaa al a+ar /uee entro
e este inter(alo se llama Kni(el e con'an+aM. 8n caso e /ue el nmero e
o)ser(aciones sea "rane 7 e /ue sus errores sean casuales istri)ución normal e
los erroresG los i(ersos inter(alos e con'an+a alreeor el (alor meio [ ser!n
como se inica en la a)la 2.4 e
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8n el e0em,lo anteriorG relacionao con la meición e la lon"itu e un elementoG s
\ %G22 mm.G los inter(alos e con'an+a e una o)ser(ación ,articular
corres,onientes a iferentes ni(eles e con'an+a son:
Di(el e con'an+a %G5% %G9% %G95 %G99
Inter(alo e ±%G1 ±%G4% ±%G5 ±%G
Para el ,romeio el "ru,o 41G9 los inter(alos e con'an+a corres,onientes son:
Inter(alo e ±%G% ±%G1 ±%G1 ±%G2
Como conclusiónG el (alor ,romeio 41G9 /ue se eterminó a ,artir e las ie+
o)ser(aciones reali+aasG ,ora es,erarse /ue se encontrara con una ,ro)a)ilia
el 5%SG entro el inter(alo e %G%5 mm con res,ecto a la meia e un nmero
in'nito e o)ser(aciones. Para el ni(el e con'an+a e 99S ,uee esta)lecerse /ue
la meia o)ser(aa 7 la meia teórica i'eren en no mas e %G2# mm.
a)la 2.5 actores ,ara esta)lecer el inter(alo e con'an+a cuano el nmero e
o)ser(aciones es ,e/ueo.
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Otros ,untos /ue e)en estuiarse con frecuencia en el tratamiento e atos sonlos si"uientes:
1. 8liminación e atos
2. Com,aración e ,romeios
#. Pro,a"ación e errores
4. ;e7 e istri)ución normal
79 V$*'res si#!i:c$&i;'s
Al calcular o esta)lecer los resultaos e una meiciónG es im,ortante /ue los (alores
re"istraos inclu7an too lo /ue sea información til. Con frecuenciaG tam)i*n esim,ortante e
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me0or e los casos /ueara locali+ao entre 24G2 7 24G4G mientras /ue ,ara el
,eor e los casos estara entre 2#G# 7 25G#.
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2. Ci7r$s #*'6$*es: Al reonear un nmeroG el ltimo "ito retenio e)e
aumentarse en una unia cuano el ,rimer "ito eliminao sea ma7or /ue
5G o cuano sea 5 se"uio e "itos iferentes e cero. 8l ltimo "ito no
e)e cam)iarse cuano el "ito eliminao sea menor /ue 5. AsG en caso e
/uerer reonear el nmero 24G#52 a tres cifras si"ni'cati(asG e)er!
inicarse en la forma 24G4G mientras /ue el nmero 24G#49 e)e inicarse
como 24G#.
#. Cer's si#!i:c$&i;'s: Para e(itar confusiones 7 ,or con(eniencia en la
multi,licación 7 en la i(isiónG los ceros /ue no sean si"ni'cati(osG ,ero /ue
solo sir(en ,ara inicar la locali+ación el ,unto ecimalG no e)en utili+arseen el nmero esta)lecio. 8s mas aecuao inicar la locali+ación el ,unto
ecimal en forma e
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3. C8p(&'s 8$!($*es: A los efectos e reali+ar las o,eracionesG se
recomiena el em,leo e calculaoras electrónicasG el formato e,ener! e
los "itos necesarios mantener en la ,antalla. 8n ocasiones se recomiena
o,erar con lo"aritmosG ,ara lo cual no es necesario retener en la mantisa
ma7or nmero e "itos e los /ue sean si"ni'cati(os en el factor num*rico
corres,oniente.
. O6&e!ci! %e pr'8e%i's: Al o)tener el ,romeio e cuatro o mas nmerosG
,uee retenerse un "ito aicional en com,aración con los ,ertenecientes a
los (alores ,articulares 7 consierarlo /ue tiene cierta si"ni'cancia ,osi)le.
$. Í!%ice %e precisi!: 8l nmero /ue re,resenta el nice e ,recisión nunca
e)e esta)lecerse con mas e os cifras si"ni'cati(as.
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Ca,tulo #Ca,tulo #
*toos e meición*toos e meición
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9C$p)&(*' -
-9+ M
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;a ma7ora e las meiciones se reali+an con el au
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estar alreeor e los mecanismos em,leaos ,ara la meición e (olta0eG
resistencia el*ctricaG inuctanciaG ca,acitancia e inuctancia.
na "ran cantia e meiciones el*ctricas se reali+an meiante circuitos
enominaos ,uentesG a continuación se mencionan al"unos:
Puente e Q-eatstone Puente e inuctancia
Puente e ca,acitancia Puente e resistencia
;a '"ura #.1 ilustra un ,uente e Q-eatstone )!sico em,leao ,ara meir
tem,eraturasG la metoolo"a usaa ,ara el mane0o el is,ositi(o se etallar! en el
tema corres,oniente a meición e tem,eratura. 8stos is,ositi(os el*ctricos
o,eran con corriente alternaG otros con corriente irecta 7 otros con am)os ti,os e
corriente. 8n el caso e un termo,ar o termocu,laG mien la corriente irecta el
termo,ar transformano el es)alance el circuito en corriente alterna ,ara la
am,li'cación 7 o,eración e los mecanismos e )alanceo.
i"ura #.1. Puente e Q-eatstone em,leao ,ara meir tem,eraturas.
Por lo "eneralG los ,uentes ,ueen o,erarse en os formas iferentesG a sa)er:
• Como un circuito e e=e
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• Como un circuito e )alance a cero: en estosG los (alores el*ctricos el
,uente se lle(an a la conición e )alance en tal forma /ue no =u7a
corriente a tra(*s el
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mecanismo etector. 8n la ma7ora e los casosG el sistema e )alanceo
es totalmente automati+aoG aun/ue en los la)oratorios 7 al"unas
inustrias los ,re'eren manuales.
;os circuitos e meición ,ueen clasi'carse e la si"uiente manera:
• eición irecta el (olta0e meiante mili(oltmetros.
• eición el (olta0e meiante ,otenciómetros e e=e
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es,eci'caciones im,r!cticas /ue inican un funcionamiento i'cultoso 7 con
frecuencia innecesarioG no sólo an lu"ar a costos iniciales
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e
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en la corriente ,ara is,oner e una res,uesta r!,ia a la tem,eratura e la
corriente.
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i"ura #.#. Resultaos o)tenios con el controlaor a0ustao ,ara utili+arse con el
termómetro e )a0a (elocia
-9- E7ec&' %e* re&$r%' %e* i!s&r(8e!&' e! *$ resp(es&$ %i!"8ic$9
;a '"ura #.# muestra los resultaos e em,lear un termómetro con'nao en un
cas/uillo re,resenta )a0a (elocia e res,uestaG la '"ura ) muestra el efecto el
controlaor so)re el (!sta"o e la (!l(ulaG se ,ueen o)ser(ar cur(as continuas con
cam)ios nota)les 0usto one se inician cam)ios en la tem,eraturaG el retaro e)io
al cas/uillo ,rouce unos cam)ios sua(es en el controlaorG mientras /ue la '"ura
#.4 muestra los resultaos el control con una res,uesta r!,ia al em,lear un
termómetro e resistencia u)icao irectamente en la corriente el (a,or e a"uaG la
'"ura ) muestra mo(imientos continuos el (!sta"o e la (!l(ula. 8n t*rminos
"enerales el retraso en la meición es ,articularmente ,eli"rosoG ,ues la
inesta)ilia /ue se ,resenta con el cam)io e la (aria)le meia no se corri"e con
la ,rontitu necesaria 7 cuano se em,lean estrate"ias mas r!,ias los mo(imientos
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e la (!l(ula resultan e
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am,litues in!micas mas e
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n caso sim,leG o sea la meición e la tem,eratura el (a,or e a"ua ,roceente
e una caleraG es una meición irecta e la calia. Conocieno las
caractersticas el =uio e
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,roceso (a,or e a"ua seco con una ,e/uea ,ro,orción e (a,or
so)recalentaoG la tem,eraturaG ,resión 7 el "raiente e ,resión a tra(*s el
ori'cio o e la to)era e =u0o como meición ,rimaria el =u0oG las caractersticas
el (a,or e a"ua e salia /uean com,letamente e'nias. ;a tem,eratura se
mie irectamente. ;a meición ,or lo comn se re"istra 7 tam)i*n se a,lica a un
sistema e control ,ara mantener la tem,eratura a cierto (alor re/uerio ,ara las
coniciones e o,eración en ,articular. Dótese /ue la tem,eratura ,or s misma
es e inter*s. 8l so)recalentamientoG /ue ,or lo "eneralG es e "ran im,ortanciaG
se eri(a a ,artir e la meición e la tem,eratura 7 e la ,resión. 8l =u0o se
calcula a ,artir el "raiente e ,resión a tra(*s el ori'cioG corre"io tanto ,or
tem,eratura como ,or ,resión.
69 Te8per$&(r$ %e c'!%e!s$ci! %e* ;$p'r %e $#($ c'8' 8e%i%$ %e*
c'!&e!i%' %e >(8e%$% e! e* p$pe*
n se"uno e0em,lo e la a,licación e la tem,eratura consiste en la meición
e la tem,eratura e conensación el (a,or e a"ua utili+ao ,ara el secao el
,a,el en la m!/uina e ela)oración el mismo. 8n este casoG el o)0eti(o raica en
el secao el ,a,elG en tal forma /ue el contenio e -umea el ,roucto 'nal
se encuentre a cierto ni(el re/uerio. ;a tem,eratura se a0usta e acuero conal"una eterminación ine,eniente el contenio e -umea. 8n esta
o,eraciónG la tem,eratura e conensación el (a,or e a"ua no es en s una
meia el contenio e -umea el ,a,elG sino m!s )ien e las coniciones e
,roceso relacionaas ,or inferencia con la calia el ,roucto. ;a constancia 7 la
re,eti)ilia e la meición son e im,ortancia ,ero el (alor a)soluto es e ,oco
inter*s relati(amente. 8s comn este ti,o e meición e las coniciones e
,roceso.
Cual/uier cam)io en la tem,eratura ,rouce el cam)io corres,oniente /ue
,uee ,reecirse en cuanto al contenio e -umea. a /ue la meición e la
tem,eratura el (a,or e a"ua es sencillaG se"ura 7 e relati(o )a0o costoG se le
utili+a ,ara el control el contenio e -umea. 8n la o,eración normalG la
tem,eratura se a0usta cuano se re/uiere cierto cam)io en el contenio e
-umea. 6in em)ar"oG el contenio e -umea e la -o0a e,ene no sólo e
la tem,eraturaG sino tam)i*n e otro con0unto e (aria)lesG inclu7eno la li)erta
e mo(imiento e la car"a e alimentación suministraa a la ma/uinariaG
conición e la ,rensa e 'eltro 7 e otras (aria)les e meición i"ualmente
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i'cultosas. 8n consecuenciaG la meición 7 el control e la tem,eratura e los
secaores es e utiliaG ,ero ,or s mismas no son su'cientes ,ara lo"rar la
calia e ,roucto eseaa. 8sto es t,ico e las meiciones ,or inferencia en/ue se mie la conición el ,roceso en lu"ar e las caractersticas el ,roucto.
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;a eterminación el contenio e -umea real e la -o0a ,uee lle"ar a tomar una
"ran (ariea e formas. &e moo t,icoG es ,osi)le /ue el o,eraor 0u+"ue
sim,lemente el contenio e -umea `,al,ano` la -o0a. Por otra ,arteG el
contenio e -umea ,uee eterminarse continuamente meiante la meición e
la constante iel*ctricaG la cualG a su (e+G se cali)ra en función e eterminaciones
"ra(im*tricas e la -umea.
c9 L$ &e8per$&(r$ e! *$ 8e%ici! %e* (B' %e #$ses
n tercer ti,o e a,licación e la meición e la tem,eratura se encuentra en la
meia el =u0o e "ases. 8n la ,roucción 7 istri)ución e "asesG la meición se
efecta en t*rminos e ,ies#
en coniciones normales. Consierano el -ec-o e /ue
la ma7ora e las estaciones meioras e "as ,ueen mane0ar cientos e millones
e ,ies#
,or aG es e(iente lo im,r!ctico e is,oner e este "as en las coniciones
normales e tem,eratura 7 ,resión atmosf*ricaG 7 lue"o ,roceer a la meición
(olum*trica. 8l Re,orte Do. # e la American Nas AssociationG o sea el ,atrón comnG
e
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ma7or e (aria)les /ue afectan el contenio e -umeaG ,ero la tem,eratura es
casi la nica (aria)le /ue ,uee meirse con facilia. AsimismoG es la (aria)le
/ue se mani,ula 7 meiante la cual se mantiene la calia el ,roucto 'nal en el(alor re/uerio. a /ue muc-as
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e las otras (aria)les /ue in=u7en en el contenio e -umea no ,ueen
meirse no es ,osi)le eterminar el (alor real el contenio e -umea. 6in
em)ar"oG la meición e la tem,eratura suministra un ,roceimiento e utilia
,ara la o,eración e secao el ,a,el.
8l mismo ra+onamiento "eneral es e a,licación a otras meiciones. ;os
,ro)lemas /ue /uean im,licaos en al"unas e las eterminaciones analticas
e ma7or com,le0ia re/uieren e un estuio muc-o m!s etallao ,ara lo"rar
la a,reciación com,leta el si"ni'cao e al"unas e las meiciones. Do
o)stanteG es ,osi)le la a,licación e los mismos ,rinci,ios "enerales. ;a
im,ortancia raica en el -ec-o e /ueG -acieno caso omiso e la meiciónG elsi"ni'cao en cuanto a la o,eración e)e com,renerse claramente como )ase
,ara la selecciónG a,licación e inter,retación e los (alores resultantes e la
meición.
-9/ HUE ES LO UE DE5E LOGRARSE COMO RESULTADO DE LA MEDICIÓNJ
Para cual/uier meición es,ec'caG la res,uesta a esta ,re"unta /uea im,lcita en
el si"ni'cao )!sico e la meición. Cuano e
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e(iente /ue muc-as e las meiciones son e utilia. 8n otros casos se re/uiere e
un 0uicio )alanceao en cuanto a lo /ue se esea lo"rar como resultao e una
meición ,articular en t*rminos e me0ora e caliaG aumento en la ,roucti(iaGreucción e los costos e manufacturaG 7 as sucesi(amenteG en
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com,aración e too lo incluio ,ara o)tener la meición re/ueria. 8l as,ecto
relacionao con el criterio a menuo es e im,ortancia cuano la selección e)e
efectuarse entre la meición e una cantia sim,le 7 e reali+ación sencillaG /ue
sólo est* relacionaa inirectamente con el (alor re/uerioG 7 con una meición m!s
com,licaa 7 e ma7or costo /ue ten"a una correlación m!s irecta con el (alor
eseao.
;as consieraciones usuales e me0or caliaG ma7or cantiaG 7 reucción e los
costos e mano e o)raG son e(ientes 7 se -an reconocio como satisfactorias. 8n
muc-os casosG la se"uria es una función irecta e la meición en too momentoG
consierano ese la inicación e e
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Ca,tulo 4Ca,tulo 4
eición el instrumentoeición el instrumento
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C$p)&(*' .
.9+ Me%ici! %e* i!s&r(8e!&'
;os ,rocesos inustriales e
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relación ,reeterminaaG o )ien "uarano una relación eterminaa con otra
(aria)le.
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8l sistema e control /ue ,ermite este mantenimiento e las (aria)les ,uee
e'nirse como a/uel /ue com,ara el (alor e la (aria)le o conición a controlar con
un (alor eseao 7 toma una acción e corrección e acuero con la es(iación
e
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i"ura 4.2. Bucle cerrao e re"ulación
8n am)os casos se o)ser(a /ue e
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las coniciones sean in!micasG e
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instrumento: su (alor e,ene el ti,o e =uio el ,rocesoG e su (elociaG el
elemento ,rimario termo,arG )ul)o 7 ca,ilarG e los meios e ,rotección (ainaG ,o+oG
cas/uilloG etc. 8l error medio el instrumento es la meia aritm*tica e los errores en
caa ,unto e la meia eterminaos ,ara toos los (alores crecientes 7 ecrecientes
e la (aria)le meia.
.9- A*c$!ce Ksp$!
8s la iferencia al"e)raica entre los (alores su,erior e inferior el cam,o e meia
el instrumento. 8n el instrumento e tem,eratura e la '"ura 4.#G su (alor es e
2%% C.
.9. I!cer&i%(86re %e *$ 8e%i%$ K(!cer&$i!&?
6on los errores /ue e
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estar! com,renio entre 15% %G5 J 2%%F1%% \ 15% 1G es ecirG entre 149 7
151 C
b)Direc&$8e!&e e! (!i%$%es %e *$ ;$ri$6*e 8e%i%$. 80em,lo: Precisión e 1C
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c)T$!&' p'r cie!&' %e *$ *ec&(r$ e7ec&($%$. 80em,lo: Precisión e 1 S e 15% Ces ecir
1G5 C
d)T$!&' p'r cie!&' %e* ;$*'r 8"i8' %e* c$8p' %e 8e%i%$. 80em,lo: Precisión
e : %G5 S e #%% C \ 1G5 C
i"ura 4.#. &e'niciones e los instrumentos
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e)T$!&' p'r cie!&' %e *$ *'!#i&(% %e *$ esc$*$. 80em,lo: 6i la lon"itu e la
escala el instrumento e la '"ura 4.# es e 15% mm.G la ,recisión e %G5 S
re,resentar! %G5 mm. en la escala.
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;a ,recisión (ara en caa ,unto el cam,o e meia si )ienG el fa)ricante la
es,eci'ca en too el mar"en el instrumento inicano a (eces su (alor en al"unas
+onas e la escala. Por e0em,lo: un manómetro ,uee tener una ,recisión e 1 S
en toa la escala 7 e %G5 S en la +ona central. Cuano se esea o)tener la
m!
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Ca,acia e re,roucción e un instrumento e las meias re,etiti(as e la
lectura o seal e salia ,ara el mismo (alor e la (aria)le meia alcan+ao en
am)os sentiosG en las mismas coniciones e ser(icio 7 a lo lar"o e un ,eroo etiem,o eterminao. Por e0em,loG un (alor
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re,resentati(o sera %G2 S el alcance e la lectura o seal e salia a lo lar"o e
un ,eroo e #% as.
.93 Se!si6i*i%$% Kse!si&i;i&?
8s la ra+ón entre el incremento e la lectura 7 el incremento e la (aria)le /ue lo
ocasionaG es,u*s e -a)erse alcan+ao el estao e re,oso. Viene aa en tanto
,or ciento el alcance e la meia. 6i la sensi)ilia el instrumento e
tem,eratura e la '"ura 4.# es e %G%5 S su (alor ser! e %G%5 J 2%%F1%% \ %G1
C.
Ha7 /ue sealar /ue no e)e confunirse la sensi)ilia con el t*rmino e +ona muerta
son e'niciones )!sicamente istintas /ue antes era f!cil confunir cuano la e'nición
inicial e la sensi)ilia era valor mínimo en que se ha de modifcar la variable para
apreciar un cambio medible en el índice o en la pluma de registro del instrumentod.
Sensibilidad = Cambio en la lectura de la escala del instrumento
Cambio en la cantidad que se esta midiendo
.9+4 Res'*(ci! ' %iscri8i!$ci!
a"nitu e los cam)ios en escalón e la seal e salia e
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,or ciento el alcance e la meia. Por e0em,lo: en el instrumento e la '"ura 4.#
es e %G1 SG es ecirG e %G1 J 2%%F1%% \ %G2 C.
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.9+- U86r$*
Cuano la ma"nitu o)0eto e meia aumenta "raualmente ,artieno e ceroG es
,osi)le /ue ten"a /ue alcan+ar un ni(el mnimo antes e /ue el instrumento
res,ona 7 ,ro,orcione una lectura ,erce,ti)le.
.9+. Desp*$=$8ie!&' %e* cer'
Ocurre cuano la meia cero no coincie con el cero e la escalaG lo normal es /ue
sin sensar nin"una (aria)leG se e)e leer cero el instrumento. 8ste ,ro)lema ,uee
cam)iar con el tiem,o. &e esta formaG ,or e0em,loG un meior /ue ten"a un a su
a"u0a en la marca ceroG un mes m!s tare ,uee inicar una lectura menor /ue cero
a ,esar e /ue no -a sio utili+ao ,ara reali+ar nin"una meia.
.9+/ De8'r$
Cuano la ma"nitu /ue est! sieno meia cam)iaG ,uee transcurrir un cierto
tiem,oG llamao tiem,o e res,uestaG antes e /ue el instrumento e meia
res,ona a ic-o cam)io.
.9+0 @is&
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8s la relación matem!ticaG "r!'ca o ta)ular entre las e
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.9+2 C$*i6r$ci!
8s el ,roceso e colocar marcas en un (isuali+aor o com,ro)ar un sistema e
meias se"n unos est!naresG cuano el transuctor se encuentra en un meio
e'nio.
.9+3 Deri;$
8s una (ariación en la seal e salia /ue se ,resenta en un ,eroo e tiem,o
eterminao mientras se mantienen constantes la (aria)le meia 7 toas las
coniciones am)ientales. 6e suelen consierar la eri(a e cero (ariación en la seal
e salia ,ara el (alor cero e la meia atri)ui)le a cual/uier causa interna 7 la
eri(a t*rmica e cero (ariación en la seal e salia a meia ceroG e)ia a los
efectos nicos e la tem,eratura. ;a eri(a est! e
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Ca,tulo 5Ca,tulo 5
6eales6eales
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C$p)&(*' /
/9+Se$*es
;os conce,tos e seales 7 sistemas a,arecen en una (ariea mu7 am,lia e
cam,osG las ieas 7 t*cnicas asociaas con estos conce,tos 0ue"an un ,a,el
im,ortante en !reas tan i(ersas e la ciencia 7 tecnolo"a como comunicacionesG
aeron!utica 7 astron!uticaG iseo e circuitosG acsticaG sismolo"aG in"eniera
)iom*icaG sistemas e "eneración 7 istri)ución e ener"aG control e ,rocesos
/umicos 7 ,rocesamiento e (o+.
6i )ien la naturale+a fsica e las seales 7 sistemas /ue a,arecen en estas
isci,linas tan i(ersas ,ueen ser iametralmente iferentesG toos ellos tienen en
comn os caractersticas )!sicas.
ientras /ue las seales son funciones e una o m!s (aria)les ine,enientes 7
contienen información acerca e la naturale+a o com,ortamiento e al"n fenómenoG
los sistemas res,onen a seales ,articulares ,roucieno otras seales.
;os (olta0es 7 corrientes como funciones el tiem,o en un circuito el*ctrico son
e0em,los e sealesG 7 el circuito esG en sG un e0em,lo e un sistemaG el cualG en este
casoG res,one a los (olta0es 7 corrientes /ue se le a,lican. Por citar otro e0em,loG
cuano el conuctor e un automó(il ,resiona el ,eal el aceleraorG el automó(il
res,one incrementano la (elocia el (e-culo. 8n este casoG el sistema es el
automó(ilG la ,resión so)re el ,eal el aceleraor es la entraa el sistemaG 7 la
(elocia el automó(il la res,uesta.
n ,ro"rama e com,utaora ,ara el ia"nóstico autom!tico e electrocario"ramas
,uee ser consierao como un sistemaG /ue tiene como entraa un
electrocario"rama i"itali+ao 7 como salia ,rouce estimaciones e ,ar!metros
como el ritmo cariaco. na c!mara es un sistema /ue reci)e lu+ irecta e
iferentes fuentes 7Fo re=e0aa ese los o)0etosG 7 ,rouce una foto"rafa.
8n la "ran (ariea e conte
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casosG se ,resenta un sistema es,ec'co 7 e)e ser caracteri+ao con etalle ,ara
entener cómo res,oner! a i(ersas entraas.
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Otra clase mu7 im,ortante e a,licaciones en las /ue a,arecen los conce,tos 7
t*cnicas el an!lisis e seales 7 sistemas son a/uellas en las /ue se esea moi'car
las caractersticas e un sistema aoG /ui+! a tra(*s e la selección e seales e
entraa es,ec'cas o com)inano el sistema con otros sistemas. n e0em,lo e esta
clase e a,licaciones es el control e ,lantas /umicasG un !rea en "eneral referia
como control e ,rocesos. 8n esta clase e a,licacionesG un con0unto e sensores
mien las seales fsicasG como tem,eraturaG -umeaG ,ro,orciones /umicas 7
otrasG 7 con )ase en estas meicionesG un sistema re"ulaor "enera seales e
control ,ara re"ular el ,roceso /umico en marc-a. n se"uno e0em,lo est!
relacionao con el -ec-o e /ue al"unos a(iones e caractersticas mu7 a(an+aas
son re,resentati(os e sistemas in-erentemente inesta)lesG en otras ,ala)rasG suscaractersticas aeroin!micas son tales /ue sin seales e control iseaas en
forma cuiaosaG seran inmane0a)les. anto en este casoG como en el e0em,lo
anterior el control e ,rocesosG el conce,to conocio como retroalimentación 0ue"a
un ,a,el ,rinci,al.
8n al"unos e los e0em,los mencionaosG las seales (aran e forma continua en el
tiem,oG mientras /ue en otrosG su e(olución se escri)e sólo en ,untos iscretos el
tiem,o. Por e0em,loG en la restauración e anti"uas "ra)aciones e auio el inter*s
son las seales e auio /ue (aran en forma continua. Por otro laoG el cierre iario
el ,romeio el nice )urs!til esG ,or su ,ro,ia naturale+aG una seal /ue
e(oluciona en ,untos iscretos en el tiem,o es ecirG al cierre e caa a. 8n lu"ar
e una cur(a como una funón e una (aria)le continuaG el ,romeio el nice
)urs!til al cierre es una secuencia e nmeros asociaa con instantes en tiem,o
iscreto en los /ue est! es,eci'caa. 8sta istinción en la escri,ción )!sica e la
e(olución e seales 7 e los sistemas /ue res,onen 7 ,rocesan estas seales
conuce e forma natural a os marcos ,aralelos ,ara el an!lisis e seales 7
sistemasG uno ,ara fenómenos 7 ,rocesos /ue son escritos en t ie8p' c'!&i!('G 7
otro ,ara a/uellos /ue son escritos en &ie8p' %iscre&'. ;os conce,tos 7 t*cnicas
asociaosG tanto con las seales 7 sistemas e tiem,o continuo como las seales 7
sistemas e tiem,o iscretoG tienen una am,lia -istoria 7 se encuentran mu7
relacionaos. 6in em)ar"oG -istóricamenteG e)io a /ue en el ,asao sus
a,licaciones -an sio mu7 iferentesG la ma7or ,arte e su estuio 7 esarrollo se -a
reali+ao en forma se,araa. ;as seales 7 sistemas e tiem,o continuo tienen
fuertes races en los ,ro)lemas asociaos con la fsica 7G en el ,asao recienteG con
los circuitos el*ctricos 7 las comunicaciones. ;as t*cnicas e seales 7 sistemas e
tiem,o iscreto tienen fuertes races en el an!lisis num*ricoG en la estasticaG 7 en el
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an!lisis e series e tiem,o asociaas con a,licaciones como el an!lisis e atos
económicos 7 emo"r!'cos. A lo lar"o e las ltimas *caas las isci,linas e
seales 7 sistemas e tiem,o continuo 7 e tiem,o iscreto se -an entrela+aocaa (e+ m!s 7 sus a,licaciones -an lle"ao a estar mu7
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interrelacionaas. na "ran moti(ación ,ara esta interrelación -an sio los
im,resionantes a(ances en la tecnolo"a el esarrollo e sistemas 7 e la
"eneración e seales. 8n es,ec'coG el esarrollo tan r!,io e com,utaoras
i"itales e alta (elociaG e circuitos inte"raosG 7 e t*cnicas ,ara la fa)ricación
e com,le0os is,ositi(os electrónicos e alta ensiaG -a -ec-o caa (e+ m!s
(enta0oso consierar el ,rocesamiento e seales e tiem,o continuo
re,resent!nolas con muestras es,aciaas a inter(alos i"uales en el tiem,o es
ecirG con(irti*nolas a seales e tiem,o iscreto. 8s un -ec-o nota)le /ue con
relati(as restriccionesG una seal e tiem,o continuo se ,uee re,resentar en su
totalia meiante un con0unto e muestras en ,articular.
Ha7 os ti,os )!sicos e sealesG e &ie8p' c'!&i!(' 7 e &ie8p' %iscre&'. 8n el
caso e las seales e tiem,o continuo la (aria)le ine,eniente es continua 7
entonces estas seales est!n e'nias ,ara una sucesión continua e (alores e la
(aria)le ine,eniente. Por otra ,arteG las seales e tiem,o iscreto est!n sólo
e'nias en tiem,os iscretos 7G en consecuencia ,ara estas sealesG la (aria)le
ine,eniente toma sólo un con0unto e (alores iscretos. na seal e (o+ como
una función el tiem,o 7 la ,resión atmosf*rica como una función e la altitu son
e0em,los e seales e tiem,o continuo. 8l nice &o_ ones semanal el mercao
e (alores es un e0em,lo e una seal e tiem,o iscretoG la cual se ilustra en la'"ura 5.1. Otros e0em,los e seales e tiem,o iscreto ,ueen encontrarse en
estuios emo"r!'cos e ,o)lación en los cuales (arios atri)utosG tales como in"reso
,romeioG nice e criminalia o ilo"ramos e ,escao ca,turaoG se ta)ulan
contra (aria)les.
8n esta materiaG In"eniera e la eición se e)en resaltar las seales ca,turaas
,or sensores /ue au
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i"ital a tra(*s e con(ersores AF&C /ue e)en estar u)icaos en sitios mu7
,ró
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ienti'car con un 4 7 la ,resencia e cual/uier (alor ser! la re,resentación el +G ,or
lo tantoG no im,orta si el (alor el (olta0e o lu+ lle"a isminuioG su ,resencia
si"ni'ca la unia 7 su ausencia un cero.
i"ura 5.1. 80em,lo e una seal e tiem,o iscreto. nice &o_ ones semanal
el mercao e (aloresG ese el 5 e enero e 1929 -asta el 4 e enero e 19#%.
;a '"ura 5.2 ilustra la secuencia em,leaa ,ara la transformación e la seal
analó"ica 7 su ,rocesamiento ,osterior en las estaciones e tra)a0o.
i"ura 5.2. ases e una seal analó"ica ,ara su ,osterior tratamiento en una estación
e tra)a0o
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/9,Tip's %e se$*es
8n el ,!rrafo anterior se comentó acerca e las seales 7 su ti,oG ,ara resumir
)!sicamente se reconocen las seales como analó"icas las cuales a su (e+ ,ueen
ser continuas o iscretasG las seales analó"icas ,ara ,oer ser trataas ,or
com,utaoras re/uieren e su con(ersión a seales i"itales.
/9-Se$* $!$*#ic$
6e e'ne como funciones continuasG como una "r!'ca e (olta0e contra tiem,oG o
es,la+amiento contra ,resión.
/9.Se$* %iscre&$
Consiste en un nmero e ,ulsos iscretos 7 iscontinuos cu7a relación e tiem,o
contiene información referente a la ma"nitu o naturale+a e la cantia. n e0em,lo
lo ilustra la '"ura 5.1
/9/Se$* e*
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comunicación )iireccionalG ,osee la moalia i"ital /ue ,ermite conectar -asta 15
instrumentos a un solo ca)le esta seal ,ermite mane0ar -asta 253 (aria)les en
caa is,ositi(o e cam,o.
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Por muc-os aosG el est!nar e comunicación ,ara e/ui,os e ,rocesos
autom!ticosG -a sio '0ao en una seal e corriente analó"ica en miliam,erios mA.
;a seal e corriente en mAG (aria entre 4 7 2% mA en ,ro,orción a la (aria)le /ue se
est* miieno. E! (!$ $p*ic$ci! &)pic$ *$ se$* %e . 8A c'rresp'!%er)$ $*
*)8i&e i!7eri'r %e* r$!#' %e c$*i6r$ci! 8ie!&r$s (e ,4 8A c'rresp'!%er"
$* *)8i&e s(peri'r9 Si (! sis&e8$ es&$ c$*i6r$%' %e 4 $ +44 Psi e!&'!ces (!$
se$* $!$*#ic$ %e +, 8A K/4 %e* R$!#' c'rresp'!%er)$ $ /4 Psi9
Virtualmente toos los sistemas utili+an este est!nar internacional ,ara comunicar
(aria)les e ,roceso.
8s necesaria la con(ersión e seales analó"ica e los sensoresG )ien sean el ti,oe Cela e Car"a o ,or Variación e Ca,acitancia en seales i"italesG ,ara ,oer
tanto com,arar con las a)las en memoriaG /ue ,ermiten a0ustar 7 com,ensar ,or
efectos tales como la em,eratura Patrones e Cali)raciónG como e'nir la
cali)ración el instrumento entro e la Ran"o)ilia el sensor. ;os ransmisores
con esta -a)ilia son los llamaos TRANSMISORES INTELIGENTES 7 ,ara ,oer
Confgurarlos, se necesita e'nir un sistema e comunicación.
8l ,rotocolo e Comunicación HARG ,ara instrumentos e cam,o los rasmisores e
Presión son Instrumentos e Cam,oG e
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8l Protocolo HARG se comunica a 12%% ),sG sin interrum,ir la seal e 4 E 2% mA 7 le
,ermite al aestro en una a,licación resiente tener os o m!s actuali+aciones ,or
se"uno e los
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Instrumentos e Cam,o escla(os. Como la seal i"ital 6g es e fase continuaG no -a7
interferencia con la seal 4 " 2% mA.
8ntonces HAR es un ,rotocolo el ti,o aestro E 8scla(osG lo /ue si"ni'ca /ue los
instrumentos e cam,o o seaG los 8scla(osG sólo -a)lan cuano el aestro les -a)la.
8sto no si"ni'ca /ue no se ,uea esta)lecer una comunicación ti,o BR6G con un
sólo ransmisor el cual est! transmitieno continuamente. 8n este caso la
actuali+ación es e # a 4 (eces ,or se"uno.
8sto ,ermite comunicación e cam,o BiireccionalG aem!s e -acer ,osi)le el
intercam)io e informaciónG mas all! e la Varia)le e ProcesoG ese 7 -acia el
instrumento e cam,o Inteli"ente. 8sta es la ra+ón ,or la cual este ti,o e
comunicación se -a7a im,uesto estimaos 1.4 millones e a,aratos con -a)ilia
HAR se -an instalao munialmenteG 7a /ue -a me0orao su)stancialmente la
e'ciencia e ,lantas alreeor el muno. 8sto e
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6on uniaes /ue tienen ,or función reco"er toa la información e los instrumentos
instalaos en cam,o 7 transmitir los atos a la nia erminal aestro G
locali+aas en las salas e control o las salas e
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,lataforma e comunicación corrientes analó"icasG seales e la+os i"itales 7Fo
cual/uier re e comunicación i"ital.
/9+4 U!i%$% %e *#ic$ ? pr'ces$8ie!&' KPLC
8l sistema el P;C KPr'#r$88$6*e L'#ic C'!&r'**erM consiste en una unia
central /ue reco"e toas las seales e entraas ló"icas e los ,rocesos e la ,lantaG
,osee un sistema e ,rocesaor centralG el cual esta formao ,or uno o m!s
micro,rocesaores /ue le an renimiento a la seal 7 le a7ua al o,eraor e la
,lanta a iri"ir toos los ,rocesos /ue est!n enla+aos al sistema.
8sta es,eci'cación es re/uisito "en*rico e un sistema e P;CG a continuación se an
etalles e los re/uerimientos ,ara im,lantar un sistema e control en una ,lanta e
,roceso real one los ,rocesos son iri"ios ,or un sistema e P;C:
• ;os ia"ramas e control e ,roceso.
• ;os etalles e meia 7 funciones e control.
• ;os ia"ramas la+o.
• 8l ,ro"rama el instrumento.
• 8l ia"rama el )lo/ue e sistema.
• 8l suministro e ener"a.
• 6istema conectao a tierra.
/9++ N'r8$s
8l ,ro7ecto e sistemas instrumentaos e control e ,rocesos re/uiere el au
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Binar7 ;o"ic &ia"rams for Process O,erations 19# so)re sm)olos e o,eraciones
)inarias e ,rocesosG 7 e I6AE65.# Nra,-ic 67m)ols for &istri)ute ControlF6-are
&is,la7 InstrumentationG ;o"ic an Com,uter
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67stems 19$2G so)re sm)olos e sistemas e micro,rocesaores con control
com,artio. Ha7 /ue sealar /ue estas normas no son e uso o)li"atorio sino /ue
constitu7en una recomenación a se"uir en la ienti'cación e los instrumentos en la
inustria.
Res(8e! N'r8$ ISAS/9+
Neneraliaes
A Caa instrumento e)e ienti'carse con sistema e letras /ue lo clasi'/ue
funcionalmente. na ienti'cación re,resentati(a es la si"uiente:
TRC 2A
Primera
;etra
;etras
sucesi(as
Dmero
el )ucle
6u'0o
Do se
usa
Ienti'caci
ón
Ienti'caci
ón el
B 8l nmero e letras funcionales ,ara un instrumento e)e ser mnimoG no e
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1. &e)en em,learse letras ma7sculas. AG BG CG etc.
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2. 8n un instrumento tal como un re"istraor e tem,eratura multi,unto /ue
im,rime nmeros ,ara ienti'cación e los ,untosG los elementos
,rimarios ,ueen numerarse
8E25E1G 8E25E2G 8E25E#G etc*tera.
#. ;as su)i(isiones interiores e un )ucle ,ueen esi"narse ,or su'0os
formaos ,or letras 7 nmeros.
4. n instrumento /ue reali+a os o m!s funciones ,uee esi"narse ,or
toas sus funciones. Por e0em,loG un re"istraor e caual RE2 con ,luma
e ,resión PRE4 se esi"na ,referentemente RE2FPRE4 o )ien RE un
re"istraor e ,resión e os ,lumas como PREF$ 7 una (entanilla e
alarma ,ara tem,eratura alta 7 )a0a como AHF;E9.
5. ;os accesorios ,ara instrumentos tales como rot!metros e ,ur"aG 'ltros
manorreuctores 7 ,otes e sello /ue no est!n re,resentaos
e
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AB;A 5.1. ;etras e Ienti'cación
1 ;etras
Varia)le meia #;etra e
moi'cacióunción e
lecturaunción e
salia;etra e
moi'caciónA An!lisis 4 . . . . . . . . . Alarma
;i)re 1. . . . . . . . . ... . . . . . . . . . .
8lemento,rimario. . . . . . . . . ..Virio $. . . . . . . . . ..
Inicación9 oinicaor. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .
;u+ ,iloto1%. . . . . . . . . ..
;i)reOri'cioPunto e,rue)a. . . . . . . . . . .Re"istro. . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .B ;lama /uemaor . . . . . . . . . ;i)re 1 ;i)re 1C Conucti(ia . . . . . . . . . Control . . . . . . . . . . . . .& &ensia o ,eso &iferencial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8 ensión f.e.m. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Caual Relación # . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .N Cali)re . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .H anual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Alto 3 1# 14
I Corriente el*ctrica. . . . . . . . .
.. . . . . . . . . . . .
.. . . . . . . . . . . . ..
Potencia 8
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1. Para cu)rir las esi"naciones no normali+aas /ue ,ueen em,learse
re,etiamente en un ,ro7ecto se -an ,re(isto letras li)res. 8stas letras ,ueen
tener un si"ni'cao como ,rimera letra 7 otro como letra sucesi(a. Por e0em,loG
la letra D ,uee re,resentar como ,rimera letra el móulo e elasticia 7 como
sucesi(a un oscilosco,io.
2. ;a letra sin clasi'car JG ,uee em,learse en las esi"naciones no inicaas /ue
se utilicen sólo una (e+ o un nmero limitao e (eces. 6e recomiena /ue su
si"ni'cao '"ure en el e
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un ,eroo e tiem,o terminao se esi"nar! g;. 6in em)ar"oG si se esea
ienti'car una lu+ ,iloto fuera el )ucle e controlG la lu+ ,iloto ,uee esi"narse
en la misma forma o )ien alternati(amente ,or una
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letra nica ;. Por e0em,loG una lu+ ,iloto e marc-a e un motor el*ctrico ,uee
ienti'carse 8;G su,onieno /ue la (aria)le meia aecuaa es la tensiónG o
)ien J;G su,onieno /ue la lu+ es e
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i"ura 5.#. 6im)olo"a a em,lear en ,lanos 7 i)u0os e re,resentación e
instrumentos en ,rocesos inustriales. Ver a)la 5.2G nota e llamaa con .
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AB;A 5.2. A)re(iaturas su"erias ,ara re,resentar el ti,o e alimentación o )ien e,ur"a e =uios
*
j
j
j
j
jj
jj 8l sm)olo se a,lica tam)i*n a cual/uier seal /ue em,lee "as como meio
e transmisión. 6i se em,lea un "as istinto el aire e)e Ienti'carse con
una nota al lao el sm)olo o )ien e otro moo.
jjj ;os fenómenos electroma"n*ticos inclu7en calorG onas e raioG raiaciónnuclear 7 lu+.
8n las ,ró
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Res(8e! N'r8$ ISAS/9,
8sta norma lista los sm)olos ló"icos /ue re,resentan o,eraciones e ,roceso
)inarias reali+aas ,or cual/uier clase e -ar_areG sea el*ctricoG neum!ticoG
-ir!ulico u otro.
;a e
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• P'sici! cerr$%$: Posición /ue es O S a)ierta.
• P'sici! !' cerr$%$: na ,osición /ue es ma7or /ue O S a)ierta.
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• P'sici! i!&er8e%i$: na ,osición es,eci'caa /ue es ma7or e O S
7 menor e 1%% S a)ierta.• P'sici! !' i!&er8e%i$: na ,osición es,eci'caa /ue es su,erior o
inferior a la ,osición intermeia es,eci'caa.
8n un sistema ló"ico /ue ten"a un estao e entraa eri(ao e moo inferencial o
inirectoG ,uee ,resentarse una conición /ue conu+ca a una conclusión errónea.
Por e0em,loG la su,osición e /ue e
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S)86'*'s %e ;is($*i=$ci! %e* c'!&r'* %is&ri6(i%' Qc'8p$r&i%'1. Accesi)le normalmente al o,eraorEinicaor Fcontrolaor Fre"istrao o ,unto e
alarma.1 Visuali+ación com,artia.2 Visuali+ación 7 control com,artios.# Acceso limitao a la re e comunicaciones.4 Interfase el o,eraor en la re e comunicaciones.
2. &is,ositi(o e interfase au
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S)86'*'s %e c'!&r'* *#ic' ? sec(e!ci$*3. 6m)olo "eneral. Para com,le0os no e'nios interconectano
control ló"ico secuencial (er I6A L65.1
. Control istri)uio interconectano controlaores ló"icos confunciones ló"icas )inarias o secuenciales.
1 Pa/uete e controlaor ló"ico ,ro"rama)le ocontrolaores ló"icos i"itales inte"rales con ele/ui,o e control istri)uio.
2 Do accesi)le normalmente al o,eraor.
$. Control istri)uio interconectano un controlaor ló"ico confunciones ló"icas )inarias o secuenciales.
1 Pa/uete e controlaor ló"ico ,ro"rama)le ocontrolaores ló"icos i"itales inte"rales con ele/ui,o e control istri)uio.
2 Accesi)le normalmente al o,eraor.
9. C!lculo F aconicionamiento e seal.1 Para ienti'cación e )lo/ues consulte I6AE65.1
ta)la 2 K&esi"naciones e funciones ,ararel*sM.
2 Para re/uerimientos e c!lculos am,liosG use laesi"nación KCM. 8scri)a aclaraciones enocumentación su,lementaria.
# tili+ao en com)inación con (!l(ulas e ali(iose"n I6AE 65.1.
S)86'*'s c'8(!es1%. Re el
sistema.1 sao ,ara inicar una re e soft_areG o
cone
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com,artio o sm)olos e orenaor e esta normaG e,enieno e lalocali+ación el a,arato.
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I%e!&i:c$ci!;os cói"os e ienti'cación e esta norma e)en cum,lir con I6AE65.1 con las
si"uientes aiciones.
A*$r8$s %e s'7&$re;as alarmas e soft_are ,ueen ser ienti'caas situano letras eesi"nación e la ta)la 1.1 e I6AE65.1 en las lneas e seal e entraa o esalia e los controlaoresG o e otro com,onente es,ec'co inte"ral elsistema. Ver Alarmas /ue a,arecen ,osteriormente.
C'!&i#i%$% %e *'s s)86'*'sPueen unirse os o m!s sm)olos ,ara e
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Ca,tulo 3Ca,tulo 3
Instrumentos e meiciónInstrumentos e meición
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ELECTRICAP!"ina 1%%
C$p)&(*' 0
09+Tip's %e i!s&r(8e!&'s
;os instrumentos se ,ueen clasi'car se"n la función /ue reali+an 7 se"n la
(aria)le e ,roceso /ue e(aluar!nG ,or lo tanto:
a. 6e"n la 7(!ci!G los instrumentos se a"ru,an en:
• I!s&r(8e!&'s cie#'s: 8stos son a/uellos /ue no tienen inicación (isi)le e
la (aria)le. Ha7 /ue -acer notar /ue son cie"os los instrumentos e alarmaG
tales como ,resostatos 7 termostatos interru,tores e ,resión 7 tem,eratura
res,ecti(amente /ue ,oseen una escala e
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ELECTRICAP!"ina 1%1
,ul"aa cuaraa o electrónica e 4 a 2% mA e corriente continua. ;a seal
neum!tica e # a 15 ,si e/ui(ale a %G2%3 E 1G%## )ar %G21 E 1G%5 g".Fcm2 ,or
lo cualG tam)i*n se em,lea la seal en uniaes m*tricas %G2 a 1 )ar %G2 a 1
g".Fcm2. AsimismoG se em,lean seales electrónicas e 1 a 5 mA c.c.G e 1% a
5% mA c.c. 7 e O a 2% mA c.c.G la seal normali+aa es e 4E2% mA c.c. ;a
seal i"ital utili+aa en al"unos transmisores inteli"entes es a,ta
irectamente ,ara orenaor. 8l elemento ,rimario ,uee formar o no ,arte
inte"ral el transmisor el ,rimer caso lo constitu7e un transmisor e
tem,eratura e )ul)o 7 ca,ilar 7 el se"uno un transmisor e caual con la
,laca ori'cio como elemento ,rimario.
• Tr$!s%(c&'res: 8stos reci)en una seal e entraa función e una o m!scantiaes fsicas 7 la con(ierten moi'caa o no a una seal e salia. 6on
transuctoresG un rel*G un elemento ,rimarioG un transmisorG un con(ertior
PPFI ,resión e ,roceso a intensiaG un con(ertior PPFP ,resión e ,roceso
a seal neum!ticaG etc.
• C'!;er&i%'res: 8stos son a,aratos /ue reci)en una seal e entraa
neum!tica #E15 ,si o electrónica 4E2% mA c.c. ,roceente e un
instrumento 7 es,u*s e moi'carla en(an la resultante en forma e seal
e salia est!nar. 80em,lo: un con(ertior PFI seal e entraa neum!tica a
seal e salia electrónicaG un con(ertior IFP seal e entraa el*ctrica a
seal e salia neum!tica. 8ste ltimo t*rmino es "eneral 7 no e)e a,licarse
a un a,arato /ue con(ierta una seal e instrumentos.
• Recep&'res: 8stos reci)en las seales ,roceentes e los transmisores 7 las
inican o re"istran. ;os rece,tores controlaores en(an otra seal e salia
normali+aa a los (alores 7a inicaos #E15 ,si en seal neum!ticaG o 4E2% mA
c.c. en seal electrónicaG /ue actan so)re el elemento 'nal e control.
• C'!&r'*$%'res: 8stos com,aran la (aria)le controlaa ,resiónG ni(elG
tem,eratura con un (alor eseao 7 e0ercen una acción correcti(a e acuero
con la es(iación. ;a (aria)le controlaa la ,ueen reci)ir irectamenteG como
controlaores locales o )ien inirectamente en forma e seal neum!ticaG
electrónica o i"ital ,roceente e un transmisor.
• E*e8e!&' :!$* %e c'!&r'*: 8ste reci)e la seal el controlaor 7 moi'ca el
caual el =uio o a"ente e control. 8n el control neum!ticoG el elemento
suele ser una (!l(ula neum!tica o un ser(omotor neum!tico /ue efectan su
carrera com,leta e # a 15 ,si %G2E1 )ar. 8n el control electrónico la (!l(ula
o el ser(omotor anteriores son accionaos a tra(*s e un con(ertior e
intensia a ,resión IFP o seal i"ital a ,resión /ue con(ierte la seal
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ELECTRICAP!"ina 1%2
electrónica e 4 a 2% mA c.c. o i"ital a neum!tica #E15 ,si. 8n el control
el*ctrico el elemento suele ser una (!l(ula motori+aa /ue efecta su carrera
com,leta
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accionaa ,or un ser(omotor el*ctrico. ;as seales neum!ticas #E15 ,si o
%G2E1 )ar o %G2E 1 g".Fcm2 7 electrónica 4E2% mA c.c. ,ermiten el
intercam)io entre instrumentos e la ,lanta. Do ocurre as en los instrumentos
e seal e salia i"ital transmisoresG controlaores one las seales son
,ro,ias e caa suministraor.
). 6e"n la ;$ri$6*e %e pr'ces'G los instrumentos se clasi'can en:
Instrumentos e caualG ni(elG ,resiónG tem,eraturaG ensia 7 ,eso
es,ec'coG -umea 7 ,unto e rocoG (iscosiaG ,osiciónG (elociaG ,HG
conucti(iaG frecuenciaG fuer+aG tur)ie+G etc. Esta clasifcación corresponde
específcamente al tipo de las se%ales medidas siendo independiente del
sistema empleado en la conversión de la se%al de proceso . &e este mooG un
transmisor neum!tico e tem,eratura el ti,o e )ul)o 7 ca,ilarG es un
instrumento e tem,eratura a ,esar e /ue la meia se efecta con(irtieno
las (ariaciones e ,resión el =uio /ue llena el )ul)o 7 el ca,ilar el a,arato
rece,tor e la seal neum!tica el transmisor anterior es un instrumento e
tem,eraturaG si )ienG al ser rece,tor neum!tico lo ,oramos consierar
instrumento e ,resiónG caualG ni(el o cual/uier otra (aria)leG se"n fuera la
seal meia ,or el transmisor corres,oniente un re"istraor ,otenciom*trico
,uee ser un instrumento e tem,eraturaG e conucti(ia o e (elociaG
se"n sean las seales meias ,or los elementos ,rimarios e termo,arG
electroos o namo. AsimismoG esta clasi'cación es ine,eniente el nmero 7
ti,o e transuctores e
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8n la '"ura 3.1 ,ueen (erse la re,resentación e los i(ersos instrumentosescritos.
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Como la calculaora i"ital tra)a0a solo con seales i"italesG cual/uier
información /ue se le suministre e)e ser en la forma i"ital. ;a salia e
la com,utaora tiene tam)i*n
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forma i"ital. AsG cual/uier comunicación con la com,utaora en el
e
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es el /ue ,rimero reci)e ener"a el meio meio 7 ,rouce una salia /ueG e
al"n mooG e,ene e la cantia meia. 8s im,ortante notar /ue un
instrumento siem,re e
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meia resulta siem,re alteraa en el acto e la meiaG sieno la causa e /ue una
meia ,erfecta resulte teóricamente im,osi)le. ;os )uenos instrumentos se
,ro7ectan e manera /ue isminu7an al mnimo este efectoG ,ero est! siem,re
,resente en menor o ma7or "rao.
;a seal e salia el elemento sensor ,rinci,al es al"una (aria)le fsicaG como un
esalo0amiento o un (olta0e. Para /ue el instrumento e0ecute la función eseaaG
,uee ser necesario con(ertir esta (aria)le en otra m!s aecuaaG sin e0ar e
conser(ar el contenio e información e la seal ori"inal. n elemento /ue e0ecuta
una función as se llama elemento e con(ersión (aria)le.
&e)e notarse /ue no toos los instrumentos necesitan incluir un elemento e
con(ersión (aria)le mientras /ue al"unos re/uieren (arios. Aem!sG los `elementos`
e /ue se -a)la son elementos acti(osG no fsicos. 8s ecirG la '"ura 3.2 muestra un
instrumento cu7os elementos acti(os -an sio claramente se,araos en )lo/uesG lo
cual ,uee -acer ,ensar /ue el a,arato fsico se ,uee se,arar con ,recisión en
su)con0untos /ue e0ecutan las funciones es,ec'cas mostraas. 8n "eneralG este no
es el caso ,or e0em,loG una ,ie+a es,ec'ca e utilera ,uee e0ecutar (arias
funciones )!sicas.
Al e0ecutar su ,ro,io tra)a0oG un instrumento ,uee re/uerir /ue una seal
re,resentaa ,or al"una (aria)le fsica se mani,ule e al"una manera. Por
mani,ulación se entieneG es,ec'camenteG un cam)io en (alor num*rico e acuero
con al"una re"la e'niaG ,ero conser(ano la naturale+a fsica e la (aria)le. AsG un
am,li'caor electrónico ace,ta una seal e ,e/ueo (olta0e como entraa 7
,rouce una seal e salia /ue es tam)i*n un (olta0eG ,ero es un nmero constante
e (eces ma7or /ue la entraa. n elemento /ue e0ecuta esta función se llamar!
elemento e mani,ulación (aria)le. Do es necesario /ue in(aria)lemente un
elemento e mani,ulación (aria)le si"a a un elemento e con(ersión (aria)le ,uee,receerloG a,arecer en otro lu"ar en la caenaG o no a,arecer el too.
Cuano los elementos funcionales e un instrumento est!n en realia se,araos
materialmenteG es necesario transmitir los atos e uno a otro. Al elemento /ue
e0ecuta esta función se le llama elemento transmisor e atos. Puee ser tan sencillo
como un co0inete 7 un e0eG o tan com,licao como un sistema e telemetraG ,ara
transmitir ,or raio seales e los ,ro7ectiles es,aciales al e/ui,o e tierra.
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6i la información referente a la cantia meia se (a a comunicar a los seres
-umanos ,ara monitori+aciónG control o an!lisisG e)e ,onerse en una forma /ue
,uea reconocer al"uno e los ór"anos e los sentios. 8l elemento /ue e0ecuta estafunción e `&r$%(cci!` se llama elemento
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e ,resentación. 8sta función inclu7e la sim,le inicación e un nice mo(i*nose
en una escalaG 7 tam)i*n el re"istro e una estilo"r!'ca mo(i*nose en una -o0a e
re"istro. ;a inicación 7 el re"istro ,ueen tam)i*n efectuarse en elementos
iscretos en (e+ e en forma continua.
ientras /ue la ma7ora e los instrumentos se comunican con la "ente ,or meio
el sentio e la (istaG el uso e otros sentios es com,ati)leG como el oo 7 el
tacto. 8n al"unos m*toos e re"istro ,ueen ,resentarse los atos e manera /ue
no sean a,recia)les irectamente ,or los sentios -umanos. n e0em,lo i"no e
mencionar es la "ra)aora e cinta ma"n*tica. 8n este casoG se re/uieren los
instrumentos aecuaos ,ara e
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en"ranes ,ara am,li'car el mo(imiento e la manecilla. ;a escala 7 la manecilla
sir(en ,ara la ,resentación e atos.
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i"ura 3.#. anómetro 7 la ienti'cación e sus elementos.
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i"ura 3.4. ermómetro e ,resión.
09-E*e8e!&'s $c&i;'s ? p$si;'s
na (e+ /ue se -an ienti'cao ciertas funciones )!sicas comunes a toos los
instrumentosG es o,ortuno (er la ,osi)ilia e -acer al"unas "enerali+aciones e
cómo ,ueen e0ecutarse estas funciones. na e estas "enerali+aciones es la /ue se
re'ere a la ener"a. Al e0ecutar cual/uiera e las funciones "enerales inicaas en la
'"ura 3.2G un com,onente fsico ,uee actuar como transuctor acti(o o como
transuctor ,asi(o.
A/uellos com,onentes en los /ue la ener"a e salia la ,ro,orciona casi en su
totalia la seal e entraa se llaman comnmente transuctores ,asi(os. ;as
seales e entraa 7 e salia ,ueen estar formaas ,or ener"a e la misma forma
am)as ,ueen ser mec!nicas o ,uee -a)er con(ersión e ener"a cam)iano e
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una forma a otra e mec!nica a el*ctrica 8n muc-a literatura t*cnica el t*rmino
transuctor se restrin"e a los is,ositi(os en los /ue -a7 con(ersión e
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ener"aG ,eroG a0ust!nose a la e'nición /ue e este t*rmino a el iccionarioG no se
-ar! esta restricción. Por otra ,arteG el transuctor acti(oG tiene una fuente au
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as. 8l o)0eto e este a,arato es -acer /ue el mo(imiento < o si"a las (ariaciones el
(olta0e ei en forma ,ro,orcional. Como el ,ar motor es ,ro,orcional al (olta0e e error
eeG es claro /ue el sistema ,uee estar en re,oso solamente si e e es cero. 8sto ocurre
solo cuano ei \ esl como esl es ,ro,orcional a
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un rec-a+o m!
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a)unantes en el am)iente 7 /ue ,er0uican 7 alteran la ,recisión. 8n nuestra
escri,ción funcional e un &FA ,rescinimos e estas ,rotecciones en aras e una
ma7or sim,licia.
Con(ertir un ato en )inario a un ni(el analó"ico no es m!s /ue atri)uir un (alor e
tensión a caa (alor )inario asG el ran"o e (alores en -e
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e(ientemente ser! el (alor o)le e R. 8ste sistema tiene la (enta0a res,ecto al
sistema e resistencias ,oneraas /ue em,lea nicamente os (alores istintos e
resistenciasG sieno R un (alor cual/uiera. ;a salia analó"ica se toma es,u*s e laresistencia en serie el )it e ma7or ,eso. 8l sistema ,osee un re"istro e cuatro )its
/ue ,uee ser car"ao con cual/uier (alor )inario. 8n sus salias se conecta la re RG
2R. 8n la salia e la re se encontrar! instant!neamente el (alor analó"ico e
tensión corres,oniente al ato -e
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&ao /ue el re"istro e nuestro e0em,lo es e cuatro )itsG la re RG 2R ser! ca,a+ e
entre"ar -asta 13 ni(eles istintos e tensión. 6i se car"aran e forma consecuti(a
en el re"istro los (alores -e
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(alores analó"icos /ue le corres,onen a caa (alor )inario e saliaG el is,ositi(o
siem,re tomar! uno e ellosG lo /ue esta)lece una cierta im,recisión en la
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Ca,tulo Ca,tulo
eición e la ,resióneición e la ,resión
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C$p)&(*' 1
19+Presi!
;a ,resión se e'ne como fuer+a e0ercia so)re una su,er'cie ,or unia e !rea. 8n
in"enieraG el t*rmino ,resión se restrin"e "eneralmente a la fuer+a e0ercia ,or un
=uio ,or unia e !rea e la su,er'cie /ue lo encierra. &e esta maneraG la ,resión
P e una fuer+a istri)uia so)re un !rea AG se e'ne como:
.1
8
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8n el sistema Internacional e niaesG la unia e meia e ,resión es el Pascal
PaG /ue se e'ne como la fuer+a e0ercia ,or un De_ton D so)re un !rea e un
metro cuarao m2. O seaG Pa \ DFm
2. 8sta es una unia e ,resión mu7 ,e/ueaG
,ero el ilo ,ascal gPaG 1.%%% PaG ,ermite e
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;os instrumentos mec!nicos utili+aos ,ara meir ,resión cu7as caractersticas se
resumen en la ta)la .2G ,ueen clasi'carse en:
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C'*(8!$s %e L)(i%':
anómetro e Presión A)soluta.
anómetro e u)o en .
anómetro e Po+o.
anómetro e u)o Inclinao.
anómetro i,o Cam,ana.
I!s&r(8e!&'s E*"s&ic's:
u)os Bouron.
uelles.
&iafra"mas.
69 I!s&r(8e!&'s e*ec&r'8ec"!ic's ? e*ec&r!ic's
;os instrumentos electromec!nicos 7 electrónicos utili+aos ,ara meir ,resión
,ueen clasi'carse en:
• eiores e 8sfuer+o 6train Na"es
• ransuctores e Presión Resisti(os
• ransuctores e Presión Ca,aciti(os
• ransuctores e Presión a"n*ticos
• ransuctores e Presión Pie+oel*ctricos
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a)la .2. Princi,ales caractersticas e los instrumentos ,ara meir,resión.
Tip' %ei!s&r(8e!&'
C$8p' %e 8e%i%$ '
R$!#' Óp&i8'
E$c&i&(
% K
u)o en 2%b12% cm H2O %G5b1G%
anómetro e ,o+o 1%b#%% cm H2O %G5b1G%
u)o inclinao 1b12% cm H2O %G5b1G%
anómetro cam,ana %G5b1%% cm H2O %G5b1G%
Bouron sim,le %G5b3%% "Fcm2 2G%
Bouron es,iral %G5b25%% "Fcm2 1G5
Bouron -elicoial %G5b5%%% "Fcm2 1G5
uelle 1% cm H2Ob2 2G%
&iafra"ma 5 cm H2Ob22
1G5
ransuctor resisti(o %G5b#5% "Fcm2 %G5
ransuctor ca,aciti(o %b42% "Fcm2 %G2
ransuctor ma"n*tico %b%% "Fcm2 %G2
ransuctor %b#5% "Fcm2 %G2
19-Descripci! %e *'s i!s&r(8e!&'s %e 8e%ir presi!
$9 C'*(8!$s %e *)(i%'
8stos instrumentos se conocen ,rinci,almente como KM$!8e&r'sM. 8n ellos la
,resión a,licaa se )alancea contra una columna e l/uio. ;a forma m!s sim,le
consiste e un tu)o (ertical sellao en un e
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8stos instrumentos encuentran su ma7or a,licación en la)oratorios 7 como ,atrones
,ara cali)ración e otros instrumentos e ,resión.
8l l/uio utili+ao e,ene el ran"o e ,resión a meirG ,ero "eneralmente se
em,lea a"uaG com,uestos or"!nicos 7 mercurio. A continuación se mencionan (arios
ti,os e meiores e columnas e l/uio:
• M$!8e&r' p$r$ 8e%ici! %e Presi! A6s'*(&$: es sim,lemente un tu)o en
`` /ue tiene un e
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• M$!8e&r' %e T(6' I!c*i!$%': se utili+a ,ara meiciones e ,resiones
iferenciales ,e/ueas. 8n este ti,o e manómetroG la rama el tu)o e menori!metro esta inclinaa con el o)0eto e o)tener una escala ma7orG 7a /ue en
este caso - \ ; sen G '"ura .# ).
• M$!8e&r' %e
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