General: Instrumentación y contro
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1
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS
EXTRACTIVAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA INDUSTRIAL
ACADEMIA DE DISEÑO E INGENIERÍAS DE APOYO
180 DIAPOSITIVAS DE LA MATERIA DE INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL
PROFESORA: M. en C. IVONNE YESENIA HERNÁNDEZ GONZÁLEZ
ENERO – JUNIO DEL 2007
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2
LA INSTRUMENTACIÓN DE UN PROCESO
se refiere a los instrumentos que se instalan al equipo
directamente o indirectamente, estos detectan las condiciones de operación y mediante esta información, el controlador la
procesa y envía una señal de corrección.
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3
INSTRUMENTACIÒN Y CONTROL DE UN PROCESO
Hablar de la instrumentación de
un proceso es necesario
conocer los términos
adecuados.
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4
Para poder ser más explícitos y poder hacer la
propuesta de los instrumentos necesarios
en los términos correctos, es necesario conocer las siguientes definiciones de
instrumentación.
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5
Agente de control: Es la sustancia o elemento el cual modifica la variable y
este es manipulado con el elemento final (Ramírez, 1998).
SUSTANCIAROJA
TE
TT
TCSS
VAPOR
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6
Elemento final de control: Es el dispositivo Elemento final de control: Es el dispositivo que cambia directamente el valor de la que cambia directamente el valor de la
variable manipulada en un circuito de control variable manipulada en un circuito de control (Ramírez, 1998).(Ramírez, 1998).
TE
TT
TCSS
Elemento final de contrtol
KC
M
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7
Elemento primario: Es la parte de un circuito o de un instrumento que detecta directamente la variable, también se le
denomina detector o sensor (Nacif, 1981).
Local: Localización de un instrumento, y este se encuentra en el proceso (Ramírez, 1998).
TE
TT
TCSS
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8
Modo de control: Método que utiliza un controlador para contrarrestar la desviación (Creus, 1999).
Montado en tablero: Se refiere a la instalación del instrumento el cual esta en un tablero (Creus, 1999).
TE
TT
TC
SS
Montado en panel de control
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9
Punto de ajuste: Magnitud establecida de una variable, el controlador trata de mantener este punto (Ramírez, 1998).
Rango: Región entre cuyos límites una cantidad se mide, recibe o transmite (Nacif, 1981).
Rango de operación (SPAN): Diferencia algebraica entre los valores de más bajos y más bajo rango (Nacif, 1981).
LG
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10
Registrador: Instrumento que recibe una señal del transmisor y la plasma en un histograma (Nacif, 1981).
Señal: Información de una variable que puede ser transmitida (Creus, 1999).
Tiempo de respuesta: Es el tiempo requerido para que la señal de medición alcance su valor final como resultado de un cambio en la variable de proceso (Nacif, 1981).
TE
TT
TC
SS
TR
Registrador
Señal
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Tiempo muerto: Intervalo de tiempo entre la iniciación de un cambio en la entrada y el comienzo de la respuesta resultante (Nacif, 1981).
Transmisor: Dispositivo que detecta una variable de proceso por medio de un elemento primario, y tiene una salida que varia como una función predeterminada de la variable (Ramírez, 1998).
TE
TT
TC
SS
Transmisor
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12
Transductor: Dispositivo que cambia la señal neumática a eléctrica y de eléctrica
a neumática.
Poliestireno
AGUACALIENTE
ESTIRENO
LE LT LC
TE TT TCTYI/P
WE
WT
WC
WYI/P M
PEROXIDO DE
BENZOILO
PI
WS
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Válvula de control: Dispositivo que manipula directamente el flujo de una o más
corrientes de proceso (Creus, 1999).
Válvula de
control
Válvula de control
Otra forma de representar las
válvulas de control
AGUACALIENTE
ESTIRENO
LE LT LC
TE TT TCTYI/P
WE
WT
WC
WYI/P M
PEROXIDO DE
BENZOILO
PI
WS
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Variable controlada: Dentro del bucle de control es la variable que se capta a
través del transmisor y que origina una señal de realimentación (Creus, 1999).
AGUACALIENTE
ESTIRENO
LE LT LC
TE TT TCTYI/P
WE
WT
WC
WYI/P M
PEROXIDO DE
BENZOILO
PI
WS
Variable controlada
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Variable manipulada: Cantidad o condición del proceso variada por el elemento final de control (Creus, 1999).
TE
TT
TC
SS
Al abrir o cerrar la válvula ¿Qué esta variando?
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Variable medida: Cantidad, propiedad o condición física que es medible
(Nacif, 1981).
AGUACALIENTE
ESTIRENO
LE LT LC
TE TT TCTYI/P
WE
WT
WC
WYI/P M
PEROXIDO DE
BENZOILO
PI
WS
Variable medida
Variable medida
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Se sugiere que el alumno revise las definiciones de los siguientes términos:
TableroProcesoMedición Instrumento GananciaCircuito abiertoCircuito cerradoBanda proporcional
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SIMBOLOGÍA SEGÚN LA INSTRUMENT
SOCIETY OF AMERICA (ISA). Tabla 1.- Letras para la Identificación funcional de un instrumento, según la
ISA (The Internacional Society for Measurement and Control).1° Letra
2° Letra
Variable medida(3)
Letra de Modificación
Función de lectura pasiva Función de Salida Letra de Modificación
A. Análisis (4) Alarma
B. Llama (quemador) Libre (1) Libre (1) Libre (1)
C. Conductividad Control
D. Densidad o Peso especifico Diferencial (3)
E. Tensión (Fem.) Elemento Primario
F. Caudal Relación (3)
G. Calibre Vidrio (8)
H. Manual Alto (6)(13)(14)
I. Corriente Eléctrica Indicación o indicador (9)
J. Potencia Exploración (6)
K. Tiempo Estación de Control
L. Nivel Luz Piloto (10) Bajo (6)(13)(14)
M. Humedad Medio o intermedio (6)(13)
N. Libre(1) Libre Libre Libre
O. Libre(1) Orificio
P. Presión o vacío Punto de prueba
Q. Cantidad Integración (3)
R. Radiactividad Registro
S. Velocidad o frecuencia Seguridad (7) Interruptor
T. Temperatura Transmisión o transmisor
U. Multivariable (5) Multifunción (11) Multifunción (11) Multifunción (11)
V. Viscosidad Válvula
W. Peso o Fuerza Vaina
X. Sin clasificar (2) Sin clasificar Sin clasificar Sin clasificar
Y. Libre(1) Relé o compensador (12) Sin clasificar
Z. Posición Elemento final de control sin clasificar
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TIPOS DE SEÑALES Símbolos de las líneas de instrumentos; serán
siempre más finas que las líneas de tuberías del proceso.
CONEXIÓN DEL INSTRUMENTO AL PROCESO:
LÍNEA DE PROCESO (TUBERIA):
SEÑAL ELÉCTRÓNICA:
SEÑAL DIGITAL:
SEÑAL HIDRÁULICA:
SEÑAL NEUMÁTICA (También se emplea para gases distintos del aire, colocando una nota al lado del símbolo o
de otro modo):
SEÑAL ELECTROMAGNÉTICA (Se incluye calor, ondas de radio, radiación nuclear y luz) o sónica
(sin hilo ni tubo):
____ ____ ____ ____ ENLACE DE SISTEMA INTERNO (software o enlace de información):
TUBO CAPILAR X X X
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20
Se sugiere las siguientes abreviaturas para representar el tipo de alimentaciones.
AS Alimentación de aire.
ES Alimentación eléctrica.
GS Alimentación de gas.
HS Alimentación hidráulica.
NS Alimentación de nitrógeno.
SS Alimentación de vapor.
WS Alimentación de agua.
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TIPOS DE SÍMBOLOS
LOCAL MONTAJE MONTAJE EN PANEL TRAS EL PANEL
MONTAJE LOCAL
MONTAJE EN PANEL
MONTAJE ATRÁS DEL PANEL
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Simbología para microprocesadores que disponen de un control compartido
(Creus, 1999).
ACCESIBLE AL OPERADOR VISUALIZACIÒN Y CONTROL COMPARTIDO
MONTADO EN PANEL, CONTROLADOR DE RESERVA O ESTACIÓN MANUAL
NO ACCESIBLE NORMALMENTE AL OPERADOR.
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23
CIRCUITO DE CONTROL.
Las definiciones de los términos empleados se
relacionan con las sugerencias hechas por la
SAMA (Scientific Apparatus Makers
Association) en su norma PMC 20-2-1970.
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CIRCUITO DE CONTROL ABIERTO (BUCLE DE CONTROL) (Creus, 1999).
Elemento primario
PROCESO
Fluido frío
Termómetro indicador
Fluido caliente
220 v 50 Hz
ControladorTermostato
Resistencia eléctrica
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CIRCUITO DE CONTROL CERRADO (Creus, 1999).
Elemento final
Salida del producto
Transmisor
PROCESO
Entrada producto(fluido frío)
Fluido caliente
Resistencia eléctrica
XX
Elemento primario
Vapor (fluido o agente de control)
Señal eléctrica
Controlador
Condensado
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MEDIDORES DE PRESIÒN
CLASIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS PRIMARIOS DE PRESIÓN
Tubo U Equilibrio Columnas
Inclinado
Tipo C
Tubo de Bourdon Espiral Helicoidal
Presión Elástico
Fuelle y resorte Diafragma Cápsula Ionización
Resistencia Eléctricos
Termopar
Esfuerzos
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MEDIDORES DE EQUILIBRIO ManómetrosMiden la diferencia entre la presión de un fluido y la presión atmosférica local.
Para pequeñas diferencias de presión se emplea un manómetro que consiste en un tubo en forma de U con un extremo conectado al recipiente que contiene el fluido y el otro extremo abierto a la atmósfera.
El tubo contiene un líquido, como agua, aceite de densidad conocida, tetracloruro de carbono o mercurio
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MANÓMETRO DE McLEOD
Las presiones bajas en un gas (hasta unos 10-6 mm de mercurio de presión absoluta) pueden medirse con el llamado dispositivo de McLeod, que toma un volumen conocido del gas cuya presión se desea medir, lo comprime a temperatura constante hasta un volumen mucho menor y mide su presión directamente con un manómetro. La presión desconocida puede calcularse a partir de la ley de Boyle-Mariotte, gases ideales.
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29
MEDIDORES ELÁSTICOS
Aprovechan la propiedad elástica de los materiales están basados en la ley de Hook:
“Dentro de los límites elástico, las deformaciones son proporcionales a los esfuerzos,”
MANÓMETRO DE BORDON
Tipo C
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30
Tipo helicoidal Tipo espiral
MANÓMETRO DE TUBO BOURDON MANÓMETRO DIFERENCIAL
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MANÓMETRO CON CONTACTOS ELÉCTRICOS
Los materiales para la fabricación de los tubos de bourdon son:
Bronce fosforadoCobre al birilioAceroAcero inoxidableAcero de aleación de cromo
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Hay características de los fluidos que son perjudiciales para los manómetros, como son:
CorrosiónCalentamiento (para vapor se emplea el uso de un sifón)CavitaciónCongelaciónContaminación
Tipo de Manómetro Rango de Operación M. de Ionización 0.0001 a 1 x 10-3 mmHg ABS M. de Termopar 1 x 10-3 a 0.05 mmHg M. de Resistencia 1 x 10-3 a 1 mmHg M. Mc. Clau 1 x 10-4 a 10 mmHg M. de Campana Invertida 0 a 7.6 mmH2O M. de Fuelle Abierto 13 a 230 cmH2O M. de Cápsula 2.5 a 250 mmH2O M. de Campana de Mercurio (LEDOUX) 0 a 5 mts H2O M. "U" 0 a 2 Kg/cm2 M. de Fuelle Cerrado 0 a 3 Kg/cm2 M. de Espiral 0 a 300 Kg/cm2 M. de Bourdon tipo "C" 0 a 1,500 Kg/cm2 M. Medidor de esfuerzos (stren geigs) 7 a 3,500 Kg/cm2 M. Helicoidal 0 a 10,000 Kg/cm2
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33
El diafragma consiste en una o varias capsulas circulares conectadas rígidamente entre si por soldadura, de forma que al aplicar presión, cada capsula se deforma y la suma de los pequeños desplazamientos es amplificada por un juego de palancas.
El material del diafragma es normalmente aleación de níquel o inconel. Se utiliza para pequeñas presiones.
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34
El fuelle es parecido al diafragma, pero compuesto de una sola pieza flexible axialmente,
y puede dilatarse o contraerse con un desplazamiento considerable.
El material empleado para el fuelle es usualmente bronce fosforoso y el muelle es tratado térmicamente para mantener fija su constante de fuerza por unidad de compresión
MANÓMETRO DE FUELLE
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35
MANÓMETRO DE CAPSULA
SELLO QUÍMICO
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36
SIFÓN, TRAMPA DE CONDENSADOS O COLA DE COCHINO
SEPARADORES DE MEMBRANA PARA APLICACIONES EN ENTORNO ESTÉRIL
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37
TRANSMISOR DE PRESIÓN TRANSMISORES DE PRESIÓN PROGRAMABLES
CALIBRADORES DE PRESIÓN TRANSMISORES DE PRESIÓN CANOPEN
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Elementos Electromecánicos Electrónicos
Los elementos electromecánicos de presión utilizan un elemento mecánico elástico combinado con un transductor eléctrico que genera la señal eléctrica correspondiente. El elemento mecánico consiste en un tubo Bourdon, espiral, helicoidal, diafragma, fuelle o una combinación de los mismos que, a través de un sistema de palancas convierte la presión en una fuerza o en un desplazamiento mecánico.
Los elementos electromecánicos de presión se clasifican según el principio de funcionamiento en los siguientes tipos:Transmisores electrónicos de equilibrio de fuerzas:Resistivos.Magnéticos.Capacitivos.Extensiométricos.Piezoeléctricos.
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39
Transmisores electrónicos de equilibrio de fuerzas
En este instrumento el elemento mecánico de medición (tubo Bourdon, espiral, fuelle) ejerce una fuerza sobre una barra rígida del transmisor.
Para cada valor de la presión, la barra adopta una posición determinada excitándose un transductor de desplazamiento tal como un detector de inductancia, un transformador diferencial o bien un detector fotoeléctrico.
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40
Transductores resistivos
Constituyen, sin duda, uno de los transmisores eléctricos más sencillos. Consisten en un elemento elástico (tubo Bourdon o capsula) que varia la resistencia de un potenciómetro en función de la presión.
Transductores magnéticos
Se clasifican en dos grupos según el principio de funcionamiento.
a) Transductores de inductancia variable en los que el desplazamiento de un núcleo móvil dentro de una bobina aumenta la inductancia de esta en forma casi proporcional a la porción metálica del núcleo contenida dentro de la bobina.
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41
Transductor de inductancia variable.
b) Los transductores de inductancia variable consisten en un imán permanente o un electroimán que crea un campo magnético dentro del cual se mueve una armadura de material magnético.
Transductor de inductancia variable
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42
Transductores capacitivos
Se basan en la variación de capacidad que se produce en un condensador al desplazarse una de sus placas por la aplicación de presión. La placa móvil tiene forma de diafragma y se encuentra situada entre dos placas fijas. De este modo se tienen dos condensadores uno de capacidad fija o de referencia y el otro de capacidad variable, que pueden compararse en circuitos oscilantes o bien en circuitos de puente de Wheatstone alimentados con corriente alterna.
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43
Transductor capacitivo
Galgas extensométricas
Se basan en la variación de longitud y de diámetro, y por lo tanto de resistencia, que tiene lugar cuando un hilo de resistencia se encuentra sometido a una tensión mecánica por la acción de una presión.
Existen dos tipos de galgas extensométricas: galgas cementadas formadas por varios bucles de hilo muy fino que están pegados a una hoja base de cerámica, papel o plástico, y galgas sin cementar en las que los hilos de resistencia descansan entre un armazón fijo y otro móvil bajo una ligera tensión inicial.
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44
Galga cementada y Galga sin cementar
Transductores piezoeléctricos
Los elementos piezoeléctricos son materiales cristalinos que, al deformarse físicamente por la acción de una presión, generan una señal eléctrica. Dos materiales típicos en los transductores piezoeléctricos son el cuarzo y el titanato de bario.
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45
Transductor piezoeléctrico
Tipo Definición Medición -Inductancia -Transformador diferencial
Electrónico de equilibrio de
fuerzas
El elemento primario ejerce una presión sobre una barra rígida del transmisor. Dicha barra adopta una posición que excita un convertidor de desplazamiento en señal eléctrica. -Fotoeléctrico
Resistivo
El elemento primario puede ser un tubo Burdon o cápsula, y varían la resistencia óhmica de un potenciometro en función de la presión, dicha resistencia está conectada a un puente de Wheastone que sirve para convertirla en señal eléctrica.
- Puente de Wheastone
Magnético
El elemento primario produce un desplazamiento de un núcleo móvil dentro de una bobina, lo que aumenta su inductancia ó reluctancia de forma proporcional.
-Inductancia variable
-Reluctancia variable
Piezoeléctricos Son elementos cristalinos (cuarzo y titanato de bario) que al deformarse por la presión generan un señal eléctrica.
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46
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49
MEDIDORES DE NIVELLos medidores de nivel miden directamente la altura del líquido sobre una línea de referencia.
Sonda
Instrumentos Cinta y plomada de medición directa Nivel de cristal
Flotador
Instrumentos Medidor manométrico de medición Medidor de membrana de nivel (presión Medidor tipo burbujeo hidrostática) Medidor presión diferencial de diafragma
Medidor resistivo Instrumentos Medidor conductivo de medición Medidor capacitivo (características Medidor ultrasónico Eléctricas) Medidor radiación
Medidor láser
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50
MEDICIÓN DE NIVELMEDICIÓN DE NIVEL
Sondeo de Peso
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51
MEDICIÓN DIRECTA
(sonda, cinta y plomada)
INDICADOR DE NIVEL DE REGLETA
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52
INSTRUMENTOS DE FLOTADOR:
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53
CONTROL DE ALTO NIVEL NEUMÁTICO
SWITCH DE NIVEL DE CAMARA EXTERNA
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54
CAMARA DE ACERO AL CARBON ACERO INOXIDABLE 304 o 316 PRESION HASTA 30 bar
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55
TRANSMISOR DE NIVEL POR REED SWITCH
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NIVEL DE CRISTAL
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58
INDICADOR DE NIVEL POR BANDERAS
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INDICADOR DE NIVEL TIPO YOYO
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61
Consiste en un manómetro conectado directamente a la inferior del estanque. El manómetro mide la presión debida a la altura de líquido h que existe entre el nivel del estanque y el eje del instrumento. Así pues, el rango de medida del instrumento corresponderá a:
0 – (h · γ · g)
h = altura de líquido en m
γ = densidad del líquido en Kg/m3
g = 9,8 m/s2
Presión hidrostática
MANOMETRICOS
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62
Como las alturas son limitadas, el rango de medida es bastante pequeño, de modo que el manómetro utilizado tiene un elemento de medida del tipo fuelle.
El instrumento sólo sirve para fluidos limpios ya que si el líquido es corrosivo, coagula o bien tiene sólidos en suspensión, el fuelle puede destruirse o bien bloquearse perdiendo su elasticidad; por otra parte, como el rango de medida es pequeño no es posible utilizar sellos de diafragma. La medida está limitada a estanques abiertos y el nivel viene influido por las variaciones de densidad del líquido.
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63
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64
Compuesto por un tubo sumergido en el liquido, a través del cual se hace burbujear aire, mediante un rotámetro con un regulador de caudal incorporado.
La presión del aire en la tubería equivale a la presión hidrostática ejercida por la columna de liquido, es decir, el nivel.
El regulador de caudal permite mantener el caudal de aire constante (150 Nl/h) a través del liquido, independientemente del nivel.
Tubería empleada: Tubos de ½” con el extremo biselado, para fácil formación de burbujas de aire.
La presión de aire en la tubería se mide, mediante un manómetro de fuelles o un transductor de presión (el rango de medición corresponde a la presión máxima ejercida por el líquido).
MEDIDOR DE TIPO BURBUJEO
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65
Este sistema tiene diversas ventajas, en aplicaciones con líquidos corrosivos o con materiales en suspensión, y en emulsiones ya que:
El fluido no penetra en el medidor ni en la línea de conexión.
Fácil mantenimiento.
No es recomendable su uso cuando:
El fluido de purga perjudica al liquido.
En fluidos altamente viscosos en los cuales las burbujas formadas por el aire o gas de purga, presentan el riesgos de no separarse rápidamente del tubo.
APLICACIONES
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68
INDICADOR DE NIVEL BURBUJEO
NO SE REQUIERE DE INSTALACION ELECTRICA EN EL TANQUE
IDEAL PARA INSTALACIONES DE ALTO RIESGO
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69
MEDIDOR DE MEMBRANA
GENERALIDAD
Utiliza una membrana conectada con un tubo estanco al instrumento receptor.
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70
FUNCIONAMIENTO
La fuerza ejercida por la columna de liquido sobre el área de la membrana comprime el aire interno a una presión igual a la ejercida por la columna del liquido.
![Page 71: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/71.jpg)
71
LIMITACIONES
El volumen del aire interno es relativamente grande, por lo que el sistema esta limitado a distancia no mayores de unos 15 metros debido a la compresibilidad del aire.
Es delicado, ya que cualquier pequeña fuga de aire comprimido se destruye la calibración del instrumento.
![Page 72: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/72.jpg)
72
FUNDAMENTO
Consiste en un diafragma en contacto con el líquido del tanque, que mide la presión hidrostática en un punto del fondo del tanque.
El diafragma forma parte de un transmisor neumático, electrónico o digital de presión diferencial semejante a los transmisores de caudal de diafragma.
MEDIDOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL DE DIAFRAGMA
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73
CONSIDERACIONES
En un tanque abierto, esta presión es proporcional a la altura del líquido en ese punto y a su peso específico. Es decir:
P = H · · g
Si el tanque esta cerrado y bajo presión,la determinación de la presión en un punto del líquido comprende tanto el peso o presión del líquido como la presión del gas o vapor que queda sobre el líquido del tanque cerrado.
![Page 74: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/74.jpg)
74Transmisor de presión diferencial
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75
DESVENTAJAS
En tanques cerrados presentan posible condensación de los vapores.
Es importante que los dos diafragmas estén a la misma temperatura para evitar los errores en la medida que se presentarían por causa de las distintas dilataciones del fluido contenido en el tubo capilar.
VENTAJAS La precisión de los instrumentos de presión
diferencial es de: ± 0.5 % en los neumáticos ± 0.2 % a ± 0.3% en los electrónicos ± 0.15 % en los inteligentes ± 0.1 % en los que se emplean en los tanques
abiertos y cerrados a presión y a vacío. No tienen partes móviles dentro del tanque. Son de fácil limpieza
![Page 76: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/76.jpg)
76
TIPOS DE DIAFRAGMA
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77
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78
INDICADORES DE NIVEL ELÉCTRICOS
Medidor de Nivel Conductivo.
El medidor de nivel conductivo consiste en uno o varios electrodos y un relé eléctrico o electrónico, dispositivo que abre y cierra un circuito, que es excitado cuando el líquido moja a dichos electrodos.
Medidor de Nivel Conductivo
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79
Medidor de Capacidad.
El medidor de capacidad mide la capacidad del condensador formado por el electrodo sumergido en el líquido y las paredes del tanque
Medidor de Capacidad
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80
Sistema Ultrasónico de Medición de Nivel.
El sistema ultrasónico de medición de nivel se basa en la emisión de un impulso ultrasónico a una superficie reflectante y la recepción del eco del mismo receptor. El retardo en la captación del eco depende del nivel del tanque.
![Page 81: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/81.jpg)
81
Diagrama de Bloques de un Sistema de Medida de Ultrasonidos.
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82
Medidores de nivel de líquidos. Instrumento Campo Precisión Presión máx Temp máx Desventajas Ventajas
de medida % escala bar fluido °C Sonda Limitado 0.5 mm Atm 60 Manual, sin olas, Barato
Tanques abiertos Preciso Cristal Limitado 0.5 mm 150 200 Sin transmisión Seguro, Preciso
Flotador 0 - 10 m ± 1-2 % 400 250 Posible Simple, indep de
agarrotamiento naturaleza líquido Manométrico Altura tanque ± 1% Atm 60 Tanques abiertos, Barato
Fluidos limpios Membrana 0 - 25 m ± 1% Atm 60 Tanques abiertos Barato
Burbujeo Altura tanque ± 1% 400 200 Mantenimiento, Barato, Versátil
Contam.del líquido Presión
Diferencial 0.3 m ± 0.15 a ± 0.5% 150 200 Posible Interfase líquido
agarrotamiento Desplazamiento 0 - 25 m ± 0.5 % 100 170 Expuesto a Fácil limpieza,
corrosión robusto, interfases Conductivo Ilimitado - 80 200 Líquido conductor Versátil
Capacitivo 0.6 m ± 1% 80 - 250 200 - 400 Recubrimiento Resistencia,
del electrodo corrosión Ultrasónico 0.30 m ± 1% 400 200 Sensible a la Todo tipo de
densidad tanques y líquidos Radiación 0 - 2.5 m ± 0.5 a ± 2% - 150 Fuente radiactiva Todo tipo tanque y
s/contacto líquido Láser 0 - 2 m ± 0.5 a ± 2% - 150 Láser Todo tipo tanque y
s/contacto líquido
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83
![Page 84: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/84.jpg)
84
MEDIDORES DE FLUJO
Sistema Elemento Transmisor
Presión diferencial Placa de orificio conectado a Tobera un tubo en U, Tubo venturi a un fuelle o Tubo pitot un diafragma Tubo Annubar
Equilibrio de fuerzas
Área variable Rotámetro Equilibrio de movimiento Potenciométrico Puente de impedancias
Velocidad (Método directo)
Vertedero con flotador en canales abiertos. Turbina Sondas ultrasónicas
Potenciométrico Piezoeléctrico
Fuerza Placa de impacto Equilibrio de fuerzas Galgas extensométricas
Tensión inducida (Método directo)
Medidor magnético
Convertidor potenciométricos
Desplazamiento positivo (Método directo)
Disco giratorio Pistón oscilante Pistón alternativo Medidor rotativo Medidor paredes deformables
Torbellino Medidor de frecuencia de termistancia, condensador o ultrasonidos.
Medidores volumétricos
Oscilante Válvulas oscilante
-Generador tacométrico. -Transductor de impulsos. -Transductor de resistencias.
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85
PLACAS DE ORIFICIO
Es el más simple y más barato, se puede construir de diferentes materiales resistentes al fluido. El más utilizado es el acero inoxidable, el cual debe ser pulido a espejo, su montaje o instalación debe ser perpendicular a la dirección del fluido.
![Page 86: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/86.jpg)
86
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87
VENTAJAS DE LAS PLACAS DE ORIFICIO.
Simples y sin componentes en movimiento.El orificio no necesita ser calibrado y es suministrado en amplio rango de tamaño y relación de diámetros.Ampliamente establecido y aceptado por la mayoría de los gases y líquidos.El precio es virtualmente independiente del tamaño de la tubería.
DESVENTAJAS DE LAS PLACAS DE ORIFICIO.
La relación entre flujo y diferencial de presión es cuadrática.Rango de flujo útil limitado.Alta pérdida de presión no recuperable.La precisión se deteriora por desgaste y daños.La presión se afecta por la densidad y viscosidad.El mantenimiento es necesario continuamente.
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88
TOMA DE PRESIÓN PARA PLACAS DE ORIFICIO
TOMA DE ESQUINA: Ambas tomas están localizadas en la cara adyacente de la placa, flujo abajo y flujo arriba.TOMA DE BRIDAS: Se localiza una pulgada antes y una pulgada después de las caras de la placa. Es el más común ya que las bridas están perforadas.TOMA DE RADIO: La toma flujo arriba es a un diámetro de distancia de la placa y medio diámetro flujo abajo.TOMA DE VENA CONTRACTA: Flujo arriba se coloca un diámetro y la toma flujo abajo; esta determinada por la relación de diámetros del orificio de la placa contra el diámetro interior de la tubería. Esta es la localización más exacta para medir flujo y desarrollar la mayor diferencia de presión.TOMA DE TUBERÍA: No son comunes por los altos errores de medición. Flujo arriba ocho diámetros y 2.5 diámetros corriente abajo.
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89
Instalación de una placa de orificio, vena contracta.
La placa de orificio debe resistir la presión de operación para evitar deformaciones. Por lo común se utiliza los espesores siguientes:
Espesor de la placa Diámetro de la tubería 1.588 mm (1/16”) Hasta 10.16 cm (4”) 3.175 mm (1/8”) De 10.16 cm (4”) hasta 40.64 cm (16”) 6.350 mm (1/4”) Para más de 40.64 cm (16”)
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90
REQUERIMIENTOS DE INSTALACION
FISICA
Para poder emplear la placa de orificio, el diámetro mínimo de la tubería debe ser de 2
pulg. y el máximo de 50 pulg.
Condiciones de operaciónQue la tubería sea circularQue la tubería sea horizontalQue el fluido circule a tubo llenoQue el diámetro de la tubería antes y después de la placa sea el mismoQue el interior de la tubería se encuentre limpio y libre de incrustaciones, al menos 10 diámetros aguas arriba de la placa y 4 diámetros después de la misma
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91
Formulas para el calculo del orificio de una placa
Kβ2
=
q máx.
5.674 Fa Di2 (hm)½
0.016
Ve
½
Kβ2
=
q máx.
35.95 Fa Di2 Y
ρEST Tf
hm Pf
½
Kβ2
=
q máx.
5.674 Fa Di2
Gf
hm
½
RD=
6.316 W
Di µ
RD=
3160 ql Gf
Di µ
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92
El Tubo de Venturi
permite medir el flujo de líquido que se mueve dentro de un ducto.
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93
Tubo Venturi clásico H
Aplicación
Para la medición del flujo de gases, vapores y fluidos agresivos y no agresivos cuando es especialmente importante que haya poca pérdida de presión.
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94
los tubos Venturi clásicos tienen una pérdida de presión muy baja. Al contrario que todos los demás transductores de presión, estos tubos necesitan unas longitudes de entrada más reducidas. En los tubos Venturi de gran tamaño hechos con láminas de acero, el peso es comparativamente mucho menor.
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95
TUBO DE PITOTEste instrumento, generalmente esta constituido de dos tubos concentricos el cual esta instalado en ángulo recto. La parte perpendicular al fluido termina en un manómetro y mide la presión estatica y el otro tubo se conecta en dirección del flujo, es el que detecta la presión dinamica del proceso y esta tambien se encuentra instalada en el mismo manómetro diferencial.
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96
TUBO ANNUBAR
Es una variante del tubo de Pitot. Pero es más preciso que esté, tiene una baja perdida de carga y se emplea para medidas de pequeños o grandes caudales.
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97
ROTÁMETRO
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98
Rotámetro Serie L
Ideal para flujos bajos o pequeños, para gases y líquidos.
Rotámetro Serie TL
Diseñado para medición de flujos grandes de construcción robusta.
Rotámetro Serie H
Económico, robusto, fácil de instalar, rangos de flujos medianos.
Rotámetro Serie V Con o sin válvula opciones de sensores de flujo,
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99
Tipos de vertederos
• Rectangular (60-2000 m3/h)
• Triangular o en V (30-2300 m3/h)
• Cipolleti o trapezoidal.
• Parshall (caudales > 30 m3/h)
Medidores de caudal en canales abiertos
(Vertederos)
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100
Formula general para vertederos
Q = KlHn
Q = caudal en m3/hK = Constante que depende del tipo de vertederol = anchura de l garganta del vertederoH diferencia máxima de alturas, en mn = exponente que depende del tipo de vertedero
![Page 101: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/101.jpg)
101
![Page 102: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/102.jpg)
102
Vertedor tipo Parshall
Se emplea en aquellas aplicaciones en las que un vertedero no es siempre adecuado, cuando el líquido transporta sólidos o sedimentos en cantidad excesiva o bien cuando no hay altura de presión suficiente.
![Page 103: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/103.jpg)
103
Descripción
Es de forma parecida al tubo Venturi y se identifican tres partes fundamentales
•Entrada•Garganta•Salida
![Page 104: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/104.jpg)
104
![Page 105: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/105.jpg)
105
Formas de descarga o caudal
• Caudal libre: la elevación del agua después de la estrangulación es lo suficientemente baja
• Caudal sumergido: el agua está a demasiada altura después de la garganta y vuelve hacia atrás
![Page 106: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/106.jpg)
106
Q = KlHn
![Page 107: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/107.jpg)
107
Ventajas
Es de diseño muy simple por lo tanto es económico
Determina el gasto con mucha preescisión, caudal libre error menor de 3%, caudal sumergido 5%
El problema de azolve es eliminado
Se puede prescindir de cámaras de reposo
La perdida de carga es muy pequeña
![Page 108: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/108.jpg)
108
Un medidor de turbina es un rotor Un medidor de turbina es un rotor que gira al paso del fluido con que gira al paso del fluido con
una velocidad directamente una velocidad directamente proporcional al caudal.proporcional al caudal.
MEDIDORES DE TURBINAMEDIDORES DE TURBINA
![Page 109: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/109.jpg)
109
¿Cómo está formado?¿Cómo está formado?
Consta de una longitud de tubería Consta de una longitud de tubería en el centro de la cual hay un rotor en el centro de la cual hay un rotor
de paletas, montado sobre de paletas, montado sobre cojinetes, soportado aguas arriba y cojinetes, soportado aguas arriba y
abajo por un dispositivo de abajo por un dispositivo de centrado tipo crucetacentrado tipo cruceta
![Page 110: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/110.jpg)
110
El rotor esta equilibrado hidrodinámicamente y gira entre los conos anterior y posterior sin necesidad de
utilizar rodamientos axiales.
![Page 111: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/111.jpg)
111
LimitacionesLimitaciones
Esta limitada por la viscosidad del Esta limitada por la viscosidad del fluido, debido al cambio que se fluido, debido al cambio que se
produce en la velocidad del perfil produce en la velocidad del perfil del liquido a través de la tubería del liquido a través de la tubería cuando aumenta la viscocidad. cuando aumenta la viscocidad.
![Page 112: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/112.jpg)
112
MEDIDORES ULTRASÓNICOS
![Page 113: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/113.jpg)
113
MEDIDOR MAGNÉTICO
La ley de Faraday establece que la tensión inducida a través de un campo magnético, es proporcional a la velocidad del conductor.
![Page 114: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/114.jpg)
114
PLACA DE IMPACTO
Consiste en una placa instalada directamente en el centro de la tubería y sometida al empuje del fluido. La fuerza originada es proporcional a la energía cinética del fluido. La placa esta conectada a un transmisor neumático o bien a un transmisor eléctrico (donde la variación de resistencia esta en función del caudal).
![Page 115: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/115.jpg)
115
Desplazamiento positivo
Miden el nivel en volumen contando o integrando volúmenes separados de
liquido. Existen cuatro tipos básicos de medidores:
Disco oscilantePistón oscilantePistón alternativoRotativosDiafragma
![Page 116: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/116.jpg)
116
Medidor De disco oscilanteInduce un par de giro en el vástago Superior. El
par es pequeño, pero suficiente como para transmitir la información del giro del
disco. El caudal trasegado seráproporcional al giro.
Precisión: +/- 1-2 %, Caudal máximo: 600 l/min., Diámetro Tubería: Hasta 2 “
![Page 117: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/117.jpg)
117
Características de figura anterior
Contador de fluidos, fabricado en polipropileno, ETFE y acero inoxidable. De SGS bombas
• Caudales entre 3 y 400 L/min. • Presiones de hasta 55 bar.
• Viscosidad de hasta 500.000 mPas. • Temperatura máx. 120…C. Tolerancia
de error de ±0,5 a 1%. • Protección IP-54 y Ex (zona clasificada). • Contador con predeterminador de litros. • Dispone de 10 memorias de productos.
APLICACIONES
Ácidos, alcalinos, disolventes, barnices, detergentes, cremas, shampoo,
glicerinas, concentrado de tomate, chocolate, etc.
![Page 118: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/118.jpg)
118
Medidor de pistón oscilante
Se compone de una cámara de medida cilíndrica con una placa divisora que separa los orificios de entrada y de salida.
![Page 119: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/119.jpg)
119
Medidor de pistón oscilante
![Page 120: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/120.jpg)
120
Medidor de pistón alternativo
• Es el mas antiguo de los medidores de desplazamiento
positivo. El instrumento se fabrica en muchas formas : de varios pistones, pistones de
doble acción, válvulas rotativas, válvulas deslizantes horizontales.
![Page 121: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/121.jpg)
121
![Page 122: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/122.jpg)
122
Sistema birrotor
• Consiste en dos
rotores sin contacto
mecánico entre si
giran como únicos
elementos móviles
en la cámara de
medida.
![Page 123: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/123.jpg)
123
Precisión: +/- 0.2 %
Caudal máximo: [0-
65000] l/min
Diámetro Tubería: 3 “- 12
”Ambos engranajes no tienen contacto
mecánico así mantienen una vida útil muy
elevada.
![Page 124: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/124.jpg)
124
Proveen gran precisión en la medición de gran diversidad de líquidos, solventes, químicos de baja viscosidad, aceites,
grasas y bases para alimentos altamente viscosos.
Manejo de bajas presiones.
![Page 125: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/125.jpg)
125
Medidor de rueda oval• Funcion• El elemento de medición comprende dos ruedas
dentadas ovales de precisión, que son movidas por el líquido y por tanto enrolladas. Una cantidad fija de líquido es transportada a través de compartimientos para cada vuelta del par de la rueda oval. Los imánes permanentes o los contactos de acero inoxidable son incrustados en las ruedas dentadas ovales.
• El movimiento rotatorio es convertido a una señal de pulso por los sensores eléctricos externamente acondicionados a la cubierta hidráulica. La cuenta de pulso es una medida de caudal. Las señales son evaluadas por electrónica.
![Page 126: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/126.jpg)
126
Medidor de rueda oval• Aplicación• Los medidores de caudal de rueda oval se utilizan
para medir, y monitorear líquidos viscosos. • Esto dan lugar a diversos rangos de medición para
diversas viscosidades. Las ruedas dentadas ovales son manufacturadas de plástico de alta calidad.
![Page 127: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/127.jpg)
127
Medidor de paredes deformables
O de membrana o de fuelle, esta formado por una
envoltura a presión con orificios de entrada y salida
que contiene el grupo medidor formado por cuatro
cámaras de medición.
![Page 128: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/128.jpg)
128
Medidor de paredes deformables
![Page 129: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/129.jpg)
129
TEMPERATURA
Las limitaciones del sistema de medida quedan definidas por:
Presión.Velocidad de captación de la
temperatura.Distancia entre el elemento de
medida y el aparato receptor.Por el instrumento indicador,
registrador o controlador necesario.
![Page 130: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/130.jpg)
130
DIVERSOS FENOMENOS QUE SE APROVECHAN EN LA MEDICIÓN
DE TEMPERATURA.
a) Variaciones en volumen o en estado de los cuerpos (sólidos, líquidos o gases)
b) Variación de la resistencia de un conductor (sondas de resistencia).
c) Variación de resistencia en un semiconductor (termistores)
d) f.e.m. creada en la unión de dos metales distintos (termopares)
e) Intensidad de la radiación total emitida por un cuerpo (pirómetro de radiación)
f) Otros fenómenos utilizados en el laboratorio (velocidad de sonido en un gas, frecuencias de resonancia de un cristal)
![Page 131: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/131.jpg)
131
1. Termómetros de vidrio.
2. Termómetro bimetálico.
3. Elementos primarios de bulbo y capilar,
rellenos de líquidos, gas o vapor (sistemas termales)
4. Termopares.
5. Pirómetros de radiación.
6. Termómetros de resistencias.
7. Termómetros ultrasónicos.
8. Termómetro de cristal de cuarzo.
INSTRUMENTOS
PARA MEDIR
TEMPERATURA
![Page 132: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/132.jpg)
132
Termómetro de Vidrio
![Page 133: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/133.jpg)
133
![Page 134: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/134.jpg)
134
Los márgenes de trabajo de los fluidos empleados son:
Mercurio -35 ºC hasta +280 ºC
Mercurio (tubo capilar lleno de gas)
-35 ºC hasta +425 ºC
Pentano -200 ºC hasta +20 ºC
Alcohol -110 ºC hasta +5C
Tolueno -70 ºC hasta +100 ºC
![Page 135: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/135.jpg)
135
Termómetros Bimetálicos
Se fundan en el distinto coeficiente de dilatación de dos metales diferentes, tales como latón, monel o acero y una aleación de ferroníquel o invar (35%.5% de níquel) laminados conjuntamente.
![Page 136: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/136.jpg)
136
![Page 137: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/137.jpg)
137
ELEMENTOS DE BULBO Y CAPILAR
Constituido por un bulbo conectado por un capilar a un espiral (medidor del tipo bourdon), lleno de líquido o gas, dependiendo de su clase. Este fluido al incrementarse la temperatura se expande y el espiral se desarrolla moviendo la aguja indicando la elevación de la temperatura en el bulbo.
![Page 138: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/138.jpg)
138
CLASE I: Termómetro actuado por líquido. CLASE II: Termómetro actuado por vapor. CLASE III: Termómetro actuado por gas. CLASE V: Termómetro actuado por mercurio.
CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS
TERMALES
![Page 139: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/139.jpg)
139
CLASE I ACTUADOS POR LÍQUIDOS
Tiene el sistema de medición lleno de líquido y su dilatación es proporcional a la temperatura. El volumen del líquido depende principalmente de la temperatura del bulbo, del capilar y del elemento de medición (temperatura ambiente).
![Page 140: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/140.jpg)
140
CLASE II ACTUADO POR VAPOR
Contiene un líquido volátil y se basan en el principio de vapor, aumenta la presión del vapor del líquido, la presión del sistema depende sólo de la temperatura en el bulbo por lo tanto no se necesita la temperatura ambiente.
![Page 141: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/141.jpg)
141
• CLASE II (A): Cuando la temperatura del bulbo es mayor que la temperatura ambiente, el capilar y el elemento de medición están llenos de líquido.
• CLASE II (B): Sí la temperatura del bulbo es más baja que la del medio ambiente, el sistema se llena de vapor.
• CLASE II (C): Opera con la temperatura del bulbo superior e inferior a la del ambiente.
• CLASE II (D): Trabaja con la temperatura del bulbo superior, igual e inferior a la temperatura ambiente, empleando otro líquido no volátil para transmitir la presión de vapor.
![Page 142: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/142.jpg)
142
CLASE III ACTUADOS POR GAS
Estos termómetros están completamente llenos de gas, al subir la temperatura la presión de gas aumenta proporcionalmente. La presión en el sistema depende principalmente de la temperatura del bulbo, pero también del tubo capilar y del elemento de medición; siendo necesario compensar por la temperatura ambiente.
![Page 143: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/143.jpg)
143
CASE V ACTUADOS POR MERCURIO
Estos son similares a los termómetros actuados por líquidos. Pueden tener compensación en la caja y compensación total.
![Page 144: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/144.jpg)
144
TERMOPARES El termopar se basa en la circulación de
un corriente en un circuito formado por dos metales diferentes cuyas uniones (unión de medida o caliente y unión de referencia o fría) se mantiene a distinta temperatura.
![Page 145: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/145.jpg)
145
Un termopar, es un circuito formado por dos hilos diferentes o aleaciones de metales diferentes, soldados en sus extremos y entre los dos hilos aparece una fuerza electromotriz (f. e. m.) que se origina por efecto de la temperatura.
Un termopar, permite por medio de su conexión al instrumento de medida, conocer la temperatura en su unión T1
Termopar encamisado Termopar de inserción
![Page 146: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/146.jpg)
146
![Page 147: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/147.jpg)
147
LEYES DEL COMPORTAMIENTO DE LOS TERMOPARES
1.- LEY DEL CIRCUITO HOMOGÉNEO: En un conducto metálico homogéneo no puede sostenerse la circulación de una corriente eléctrica por la aplicación exclusiva de calor.
2.- LEY DE LOS METALES INTERMEDIOS: Sí en un circuito de varios conductores la temperatura es uniforme desde un punto de soldadura A, a otro B, la suma algebraica de todas las fuerzas electromotrices es totalmente independiente de los conductores metálicos intermedios y es la misma que si se pusieran en contacto directo A y B.
3.- LEY DE LAS TEMPERATURAS SUCESIVAS: La f.e.m generada por un termopar con sus uniones a las temperaturas T1 y T3 es la suma algebraica de la f.e.m del termopar con sus uniones a T1 y T2 y de la f.e.m del mismo termopar con sus uniones a las temperaturas T2 y T3.
![Page 148: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/148.jpg)
148
SELECCIÓN DE TERMOPARES
La selección de los alambres para termopares se hace en función a lo siguiente:
Resistencia adecuada a la corrosión.
Resistencia a la oxidación.Resistencia a la reducción.Resistencia a la cristalización.Que desarrolle un f.e.m
relativamente alta.Que sean establesQue sean de bajo costo.Que tengan baja resistencia
eléctrica.Que la relación entre la
temperatura y la f.e.m sean proporcionales (aproximadamente).
![Page 149: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/149.jpg)
149
TERMO-POSO
En las siguientes ilustraciones pueden versé varios tipos de termopares con tubo de protección (termo-poso). El material del tubo de protección o vaina debe ser el adecuado para el proceso en donde se aplica, suelen ser de hierro, acero sin soldadura, acero inoxidable, inconel, cerámico, carburo de silicio, etc.
![Page 150: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/150.jpg)
150
Termovainas con brida soldada para uso en altas presiones.
Termovainas roscadas torneadas de barra maciza para protección de termómetros y
sensores de temperatura.Termovainas roscadas
![Page 151: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/151.jpg)
151
Termovainas roscadas torneadas de barra maciza para protección de termómetros y sensores de temperatura.
Termovainas roscadas
![Page 152: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/152.jpg)
152
PIRÓMETRO DE RADIACIÓN
Un pirómetro en un instrumento utilizado para medir, por medios eléctricos, elevadas temperaturas por encima del alcance de los termómetros de mercurio. Este término abarca a los pirómetros ópticos, de radiación, de resistencia y termoeléctricos.
![Page 153: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/153.jpg)
153
ESTRUCTURA DE LOS PIRÓMETROS DE RADIACIÓN
El medio de enfocar la radiación que le llega puede ser una lente o un espejo cóncavo; el instrumento suele ser de "foco fijo" o ajustable en el foco, y el elemento sensible puede ser un simple par termoeléctrico en aire o en bulbo de vacío o una pila termoeléctrica de unión múltiple en aire.
![Page 154: General: Instrumentación y contro](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062400/58a914ca1a28ab6d2d8b5f07/html5/thumbnails/154.jpg)
154
USOS
El pirómetro de radiación se puede recomendar en lugar del termoeléctrico en los casos siguientes:
1. donde un par termoeléctrico sería envenenado por la atmósfera de horno 2. para la medida de temperaturas de superficies 3. para medir temperaturas de objetos que se muevan 4. para medir temperaturas superiores a la amplitud de los pares termoeléctricos formados por metales comunes 5. donde las condiciones mecánicas, tales como vibraciones o choques acorten la vida de un par termoeléctrico caliente 6. cuando se requiere gran velocidad de respuesta a los cambios de temperatura.
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Diagrama esquemático de un pirómetro de radiación total (Fery)
Diagrama de un pirómetro de radiación visible
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PIROMETRO DE INFRARROJO:
Invisible al ojo humano, puede medir temperatura menores de 700 °C.
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Medición sin contacto por radiación infrarroja y por
contacto con termocupla tipo K
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TERMOMETRO ULTRASÓNICO:Pede medir temperatura dentro del
intervalo de 2-20 K con una gran precisión. Su funcionamiento esta basado en la determinación de la velocidad del sonido en el gas helio. Esta velocidad es casi proporcional a la raíz cuadrada de la temperatura absoluta.
TERMÓMETRO DE CRISTAL DE CUARZO:
Mide la frecuencia de un oscilador de cuarzo en contacto con el cuerpo cuya temperatura se desea medir. Su margen de trabajo es de -80 a +250 °C y su presión es muy elevada, de +/- 0.0075 °C.
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TERMÓMETRO DE RESISTENCIA:• Están basados en la propiedad de
los metales; que consiste en aumentar su resistencia eléctrica al calentarse.
• La siguiente ecuación expresa la relación temperatura-resistencia que se tiene.
• R = R0 ( 1+at+bt2+…+ctn)• R = resistencia a la temperatura t.• R0 = resistencia a 0 °C.• A,b,c = Coeficiente del metal de la
resistencia.
Los metales más comunes son: Patino, Niquel y Cobre
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160
MEDIDA DE TEMPERATURA
RTD
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CONTROLEl bucle de control típico está formado por
el proceso, el trasmisor, el controlador y un elemento final.
CIRCUITO DE CONTROL CERRADO RETROALIMENTADO
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162
CIRCUITO DE CONTROL ABIERTO
CARACTERÍSTICAS DEL PROCESO
Los procesos presentan dos características principales:Los cambios en la variable controlada debido a alteraciones en las condiciones del proceso y llamados generalmente cambios de carga.El tiempo necesario para que la variable del proceso alcance un nuevo valor al ocurrir un cambio de carga. Este retardo se debe a una o varias propiedades del proceso: capacitancia, resistencia y tiempo de transporte.
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CAMBIO DE CARGA: Es la cantidad total del fluido o agente de control que el proceso requiere en cualquier momento para mantener unas condiciones de trabajo equilibradas.
En general, los cambios de carga del proceso son debidos a las siguientes causas:
Mayor o menor demanda del fluido de control por el medio controlado.
Variaciones en la calidad del fluido de control.
Cambios en las condiciones ambientales.
Calor generado o absorbido por la reacción química del proceso (procesos exotérmicos o endotérmicos).
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CAPACITANCIA: Es la medida de las características propias del proceso para mantener o transferir una cantidad de energía o de material con relación a una cantidad unitaria de alguna variable de referencia.
RESISTENCIA: es la oposición total o parcial de la transferencia de energía o de material entre las capacitancias.
TIEMPO DE TRANSPORTE: Es el tiempo que tarda cada instrumento en mandar una señal y así poder tener una corrección. El valor del tiempo de retardo depende a la vez de la velocidad de transporte y de la distancia de transporte.
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MODOS DE CONTROLCONTROL ON-OFF
En la regulación todo o nada (on-off) el elemento final se mueve rápidamente entre una de dos posiciones fijas a la otra, para un valor único de la variable controlada.
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CONTROL PROPORCIONALEn este sistema existe una relación lineal
continua entre el valor de la variable controlada y la posición del elemento final de control (dentro de la banda proporcional). Es decir, la válvula se mueve en forma proporcional al cambio de la variable.
En este modo de control la variable se estabiliza, pero nunca se fija en el punto de ajuste. Para lograr esto se requiere de una banda proporcional.
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BANDA PROPORCIONAL
Es el porcentaje de variación de la variable controlada necesaria para provocar una carrera completa del elemento final de control. El valor de la banda proporcional de un instrumento particular, se expresa usualmente en tanto por ciento de su campo de medida total.
Ecuaciones que representan a este modo de control:Bp = (E2 – E1) / (Y2 – Y1)G = 1 / Bp
Y P =Bp
SP - E+ K
El valor de K = 0.5
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CONTROL PROPORCIONAL MÁS UN INTEGRAL O RESET
El integral o el reset son ajustes que se dan al controlador para que la variable sea igual al punto de ajuste.
El reset es un ajuste manual y el integral se considera un ajuste automático.
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En el controlador integral, el elemento final se mueve de acuerdo con una función integral en el tiempo de la variable controlada.
Ecuación que la representa es:
Acción correctiva proporcional: YpAcción correctiva del reajuste: Yp+iNúmero de veces que hace el ajuste el controlador: r = (Yp+i - Yp) / YpRespuesta del controlador:
Y p+i=
Bp
SP - E + (SP – E) * r * t
BpK +
Cuando la variable es igual al punto de ajuste K = 0
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MODOS DE CONTROL ESPECIALES
MODO DE CONTROL EN CASCADA.
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MODO DE CONTROL DE RELACIÓN
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MODO DE CONTROL DE RANGO COMPARTIDO
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VÁLVULAS DE CONTROL PARTES DE UNA VÁLVULA
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ELEMENTOS DE UNA VÁLVULA
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CARACTERÍSTICAS DE LA VÁLVULA
1) Lineal2) Igual porcentaje3) Apertura rápida
3
1
Carrera de la válvula
% Cv
2
Gráfica de diseño
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178
2
3
1
Carrera de la válvula
% Q
Gráfica de operación
TIPOS DE ACCIONES EN LAS VÁLVULAS DE CONTROL
CON AIRE
FALLA DE AIRE
DIRECTAS
ABRE CIERRA
INVERSAS
CIERRA ABRE
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TIPOS DE SISTEMAS DIRECTOS: Variable la válvula Variable la válvula INVERSOS: Variable la válvula Variable la válvula
SISTEMAS
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180
TIPOS DE CONTROLADOR: DIRECTOS: Variable señal de salida del controlador Variable señal de salida del controlador INVERSOS: Variable señal de salida del controlador Variable señal de salida del controlador
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181
Formulas para el calculo de la cv
1/2 Cv = Q
1/2
Cg = Q / (834 *Cf *P1 ) 1/2 Cg = W / (2.8 * Cf * P1
) Cs = W / (1.83 * Cf * P1 ) Cs = ( 1 + 0.0007 * Tsh * W ) / (1.83 * Cf * P1 )
Gf / ΔP
Gf * T
1 / Gf