UNIVERSIDAD DE ORIENTE VICERRECTORADO ACADEMICO NCLEO DE ANZOATEGUICENTRO DE ESTUDIOS DE POSTGRADO

POSTGRADO EN INGENIERIA ELECTRICA

AUTOMATIZACIN E INFORMATICA INDUSTRIAL

INSTRUMENTACIN INDUSTRIALProf. Luis Amendola, Ph.D

Dr. Luis Amendola

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INSTRUMENTACIN INDUSTRIALOBJETIVOS Al finalizar el curso el participante estar en condiciones de especificar, disear, inspeccionar, aceptar y poner en marcha proyectos de instrumentacin y control industrial. Intercambiar conocimientos entre los participantes, haciendo nfasis en aplicaciones industriales (petrleo, gas y manufactura). PROGRAMA DESCRIPTIVO Presentar, en forma terica - practica los conceptos de la tecnologa actual para el diseo de sistemas de instrumentacin y control industrial. 1. Normas de Representacin de los Instrumentos 2. Medicin Presin Temperatura Caudal ( Calculo Software) Nivel Simbologa e Identificacin de Instrumentos Sistema de Identificacin de Instrumentos Normas ISA S5.1 / Normas ISA S5.3 Interpretacin PID'S

3. - Vlvulas de control Tipos de vlvulas y usos Definicin de coeficiente de capacidad Software de calculo

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Dr. Luis Amendola 4. - Proyectos de Instrumentacin PIDS Listados de Instrumentos Diagrama de Lazo Listado de Cables Listado de Conduits Detalles de Instalacin Listado de Materiales Hoja de Datos de Instrumentos

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5. Ingeniera de Instalaciones 6. - Fieldbus Implementacin en la industria Aplicaciones Conexin de Elementos Primarios Ingeniera de Centralizacin de Control Ingeniera de Puesta en Servicio Ingeniera de Arranque Ingeniera de Cierre del Proyecto

7. Mantenimiento Centrado en Confiabilidad Introduccin al MCC Aplicaciones en Instrumentacin y Control

Dr. Luis Amendola INTRODUCCION A LA INSTRUMENTACION INDUSTRIAL DEFINICIN DE INSTRUMENTACIN

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Instrumentacin: es el grupo de elementos que sirven para medir, controlar o registrar variables de un proceso con el fin de optimizar los recursos utilizados en ste. El instrumento ms conocido y utilizado es el reloj, el cul nos sirve para controlar el uso eficaz de nuestro tiempo. En otras palabras, la instrumentacin es la ventana a la realidad de lo que esta sucediendo en determinado proceso, lo cual servir para determinar si el mismo va encaminado hacia donde deseamos, y de no ser as, podremos usar la instrumentacin para actuar sobre algunos parmetros del sistema y proceder de forma correctiva. La instrumentacin es lo que ha permitido el gran avance tecnolgico de la ciencia actual en casos tales como: los viajes espaciales, la automatizacin de los procesos industriales y mucho otros de los aspectos de nuestro mundo moderno; ya que la automatizacin es solo posible a travs de elementos que puedan sensar lo que sucede en el ambiente, para luego tomar una accin de control pre-programada que actu sobre el sistema para obtener el resultado previsto.

CARACTERSTICA DE LOS INSTRUMENTOS

De acuerdo con las normas SAMA (Scientific Apparatus Makers Association), PMC20, las caractersticas de mayor importancia, para los instrumentos son:

CAMPO DE MEDIDA O RANGO (RANGE) Es el conjunto de valores dentro de los lmites superior e inferior de medida, en los cuales el instrumento es capaz de trabajar en forma confiable. Por ejemplo, un termmetro de mercurio con rango de 0 a 50 grados celsiun

ALCANCE (SPAN) Es la diferencia entre el valor superior e inferior del campo de medida. Para el caso del termmetro del ejemplo, el SPAN ser de 50 grados celsius.

Dr. Luis Amendola ERROR Es la diferencia que existira entre el valor que el instrumento indique que tenga la variable de proceso y el valor que realmente tenga esta variable en ese momento. PRECISIN Esto es la tolerancia mnima de medida que permitir indicar, registrar o controlar el instrumento. En otras palabras, es la mnima divisin de escala de un instrumento indicador. Generalmente esta se expresa en porcentaje (%) del SPAN. ZONA MUERTA (DEAD BAND) Es el mximo campo de variacin de la variable en el proceso real, para el cual el instrumento no registra ninguna variacin en su indicacin, registro o control. SENSIBILIDAD Es la relacin entre la variacin de la lectura del instrumento y el cambio en el proceso que causa este efecto.

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REPETIBILIDAD Es la capacidad de un instrumento de repetir el valor de una medicin, de un mismo valor de la variable real en una nica direccin de medicin. HISTERESIS Similar a la repetibilidad, pero en este caso el proceso de medicin se efectuara en ambas direcciones

CAMPO DE MEDIDA CON SUPRESIN DE CERO Es aquel rango de un instrumento cuyo valor mnimo se encuentra por encima del cero real de la variable

CAMPO DE MEDIDA CON ELEVACIN DE CERO Es aquel rango de un instrumento cuyo valor mnimo se encuentra por debajo de cero de las variables

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CLASIFICACIN DE LOS INSTRUMENTOS

Existen dos formas de clasificar los instrumentos las cuales son: a.- De acuerdo a su funcin en el proceso. b.- De acuerdo a la variable de proceso que miden. Este modo de clasificarlos no es necesariamente el nico, pero se considera bastante completo. De acuerdo a su funcin estos sern: Instrumentos indicadores: son aquellos que como su nombre bien dice, indican directamente el valor de la variable de proceso. Ejemplos: manmetros, termmetros, etc. Instrumentos ciegos: son los que cumplen una funcin reguladora en el proceso, pero no muestran nada directamente. Ejemplos termostatos, presostatos, etc. Instrumentos registradores: en algunos casos podr ser necesario un registro histrico de la variable que se estudia en un determinado proceso. en este caso, se usaran instrumentos de este tipo. . Elementos primarios: algunos elementos entran en contacto directo con el fluido o variable de proceso que se desea medir, con el fin de recibir algn efecto de este (absorben energa del proceso), y por este medio pueden evaluar la variable en cuestin. (placa orificio) Transmisores: estos elementos reciben la variable de proceso a travs del elemento primario, y la transmiten a algn lugar remoto. Estos transmiten las variables de proceso en forma de seales proporcionales a esas variables. Transductores: son instrumentos fuera de lnea (no en contacto con el proceso), que son capaces de realizar operaciones lgicas y/o matemticas con seales de uno o ms transmisores. Convertidores: en ciertos casos, la seal de un transmisor para ser compatible con lo esperado por el receptor de esa seal, en ese caso se utilizara un elemento convertidor para lograr la ante mencionada compatibilidad de seal Receptores: son los instrumentos que generalmente son instalados en el panel de control, como interfase entre el proceso y el hombre. Estos reciben las seal de los transmisores o de un convertidor.

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Controladores: este es uno de los elementos ms importante, ya que ser el encargado de ejercer la funcin de comparar lo que esta sucediendo en el proceso, con lo que realmente se desea que suceda en l, para posteriormente, en base a la diferencia, envi una seal al proceso que tienda a corregir las desviaciones. Elemento final de control: ser este elemento quien reciba la seal del controlador y quien estando en contacto directo con el proceso en lnea, ejerza un cambio en este, de tal forma que se cambien los parmetros hacia el valor deseado. Ejemplo: vlvulas de control, compuertas, etc. De acuerdo a la variable de proceso que miden: Esta clasificacin, como su nombre lo indica, se referir a la variable de proceso que tratemos de medir. En la actualidad, se pueden medir, casi sin excepcin, todas las variables de proceso existentes, sin embargo, algunas se medirn de forma directa y otras indirectamente.

Dr. Luis Amendola NORMAS DE REPRESENTACION DE LOS INSTRUMENTOS DIAGRAMAS DE FLUJO

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EL Diagrama de flujo de procesos es uno de los documentos ms importantes para el ingeniero de diseo de instrumentacin. En ste se presentan de una forma secuencial los equipos involucrados en el proceso, as como los datos de proceso deseables y las expectativas de los rangos de variacin, caractersticas ms resaltantes de los equipos, sentidos de fluidos y cualquier otro dato de proceso relevante para el diseo de la Ingeniera, no solo de instrumentacin, sino ms importante an, para todas las disciplinas. Ahora bien, el diagrama de flujo informa sobre que es lo que se espera que el proceso haga y como lo har, pero en raras ocasiones, se indica en ste los puntos y variables que se desean controlar. Para determinar este punto, se requerir del consenso de las disciplinas de procesos e instrumentacin. A partir de ese momento, se definirn los puntos de medicin, las caractersticas de los fluidos de procesos, los rangos de las variables y cules variables se desean indicar y/o controlar, y/o registrar. Esta parte de la fase inicial de diseo suele ser difcil por muchos factores, tales como: los criterios del proceso que se desea controlar no estn claros, en cuyo caso, las experiencias anteriores similares del ingeniero instrumentista puede ser muy valiosas, o como en muchos otros, los datos del proceso pueden no ser accesibles bien sea, que no se pueden estimar con facilidad o en el caso de plantas existentes en expansin, no se dispone de estos datos, por lo cul habr que proceder a un levantamiento de campo de esos valores. NORMA ISA S 5.1 La forma de identificar y representar los instrumentos vara de proyecto a proyecto y de una tendencia tecnolgica a otra. Inicialmente, cada empresa tena sus propios estndares, luego se fueron formando estndares nacionales y en la actualidad contamos con normas continentales e internacionales. Una de las instituciones que en la actualidad ha logrado unificar a mas gremios de diseo en el rea de instrumentacin es la Instrument Society of America "ISA".

Esta organizacin ha elaborado una serie de normas y estndares en el rea de nuestro inters y mantiene abierto un canal de comunicacin continuo con todos sus integrantes para la actualizacin constante de ese grupo de normas.

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Entre las normas de la ISA se encuentra la citada en el ttulo de esta seccin, la norma S 5.1, cuyo propsito es unificar la manera en que se representen e identifiquen los instrumentos. El uso de esta norma no es obligatorio, sin embargo, adems de su lgica conveniencia, vale la pena decir, que es usada en la actualidad en la mayora de las organizaciones tcnicas de todo el mundo. A continuacin se anexa lo siguiente, una copia de la versin mas actualizada de la norma y para fines consiguientes, una copia de una traduccin de la misma, al castellano.

Sociedad Americana de Instrumentos

1. Cobertura

1.1. Generalidades. 1.1.1 La finalidad de esta norma es establecer un medio uniforme de designar instrumentos y sistemas de instrumentos usados para medicin y control. A este fin, se presenta un sistema de designacin el cual incluye smbolos y un cdigo de identificacin. 1.1.2 Se reconocen las necesidades diferentes de procedimientos establecidos de varias organizaciones, cuando no resultan inconsistentes con los objetivos de la norma, proporcionando mtodos alternos de simbolismos. Se ofrece un nmero de opciones para agregar informacin o simplificar el simbolismo, si se desea. 1.1.3 Los smbolos de equipos de proceso no forman parte de esta norma, pero se han incluido solo para ilustrar aplicaciones de smbolos de instrumentacin.

1.1.4 Si un dibujo dado, o juego de dibujos, usa smbolos grficos que sean similares o idnticos en forma o configuracin y que tengan diferente significado por haber sido tomados de normas diferentes, se tomaran las medidas adecuadas para evitar una mala interpretacin de los smbolos usados. Estos pasos pueden ser el usar notas de precaucin o notas de referencia, grficos de comparacin que ilustren y definan los smbolos en conflicto, u otros medios apropiados. Este requisito es especialmente crtico si los smbolos grficos usados, siendo de disciplinas diferentes, representan dispositivos, conductores, lneas de flujo o seales cuyos smbolos, si se interpretan errneamente, podran ser peligrosos al personal o causar daos al equipo.

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1.2

Aplicacin a las industrias

1.2.1 A pesar de la variedad de instrumentos que se han creado, todos ellos encajan dentro de categoras comunes de funcionamiento. La Norma resulta apropiada para ser usada en qumica, petrleo, generacin de fuerza, aire acondicionado, refinacin de metales y numerosas otras industrias. 1.2.2 Ciertos campos, tales como astronoma, navegacin y medicina, usan instrumentos muy especializados que son diferentes a los instrumentos convencionales de los procesos industriales. No se hizo un esfuerzo especfico para hacer que la Norma cubriera los requisitos de esos campos. Sin embargo, se espera que la Norma ha de ser lo bastante flexible para cubrir muchas de las necesidades de campos especiales. 1.3 Aplicaciones a las actividades de Trabajo

1.3.1 La Norma resulta apropiada para usarse siempre que se requiera una referencia a un instrumento. Tales referencias pueden ser requeridas para los siguientes usos al igual que para otros: Diagramas de flujo, proceso y mecnico Diagramas de sistemas de instrumentacin Especificaciones, rdenes de compra, manifiestos y otras listas

Dibujos de Construccin Papeles tcnicos, literatura y estudios Marcacin de instrumentos Instalacin, instrucciones, dibujos y registros de operaciones, instalacin y mantenimiento. 1.3.2 Se pretende que la Norma proporcione suficiente informacin para permitir a cualquiera que lea un diagrama de flujo y tenga un grado razonable de conocimientos de planta entender los medios de medicin y control del proceso sin tener que irse a los detalles de instrumentacin que requieren los conocimientos de un especialista en instrumentos.

Dr. Luis Amendola 1.4 Alcance de la Identificacin Funcional

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La Norma preve la identificacin y simbolizacin de las funciones claves de un instrumento. Los detalles completos del instrumento se dejan para ser descritos en una especificacin, hoja de datos u otro documento apropiado previsto para las personas interesadas en tales detalles. 1.5 Alcance de la Identificacin de Cuadro

La Norma cubre la identificacin de un instrumento y todo los otros instrumentos asociados con ste en un cuadro. El usuario queda libre de aplicar identificacin adicional --por numero serial, nmero de planta, o de otra forma-- como considere necesario para distinguirlo entre los proyectos, o para cualquier otro fin. 2. Definiciones

Para los fines de esta Norma, aplican las siguientes definiciones. Una definicin que hace referencia a otro documento ha sido modificada a partir de una definicin dada en ese documento para corresponder al formato de esta Norma. Los trminos en itlica en una definicin son tambin definidos en esta seccin. Cuando se dan ejemplos, la lista no pretende incluir todas las partes. Alarma: Un dispositivo que seala la existencia de una condicin anormal por medio de un cambio discreto sonoro o visual, o ambos, con el fin de atraer la atencin.

Baln: El smbolo circular usado para denotar un instrumento o la identificacin de un instrumento.

Detrs del tablero: Un trmino aplicado a una ubicacin la cul (1) est dentro de un rea que contiene el tablero, o de otra forma no es accesible al operario para su uso normal, y (3) no esta designado como local.

Tablero: Una estructura que tiene un grupo de instrumentos montado sobre s y que se ha escogido para tener una designacin individual. El tablero puede consistir de uno o ms paneles, cubculos, mesas o estantes componentes. Montado en tablero: Un trmino aplicado a un instrumento que esta montado en un tablero y el cul es accesible al operario para su uso normal.

Rel de computacin: Un rel que realiza uno o ms clculos o funciones lgicas, o ambas, y enva una o ms seales resultantes de salida.

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Controlador: Un dispositivo que tiene una salida que puede ser variada para mantener una variable controlada a un valor especfico o dentro de limites especficos o para alterar la variable en una manera especfica. Un controlador automtico varia automticamente en respuesta a una entrada directa o indirecta de una variable de proceso medida. Un controlador manual es una estacin de carga manual, y su salida no depende de una variable de proceso medida pero puede ser variada solo por ajuste manual. Un controlador puede estar integrado con otros elementos funcionales de un cuadro de control. (Ver la tabla 1. Estacin de Control: Una estacin de carga manual la cul tambin proporciona conmutacin entre modos de control manual y automtico de un cuadro de control. Tambin se conoce como una estacin auto-manual y una estacin auto-selectora.

Vlvula de control: Un dispositivo, distinto de una vlvula comn operada a mano tipo conectado-desconectado (on-off), el cul manipula directamente el flujo de uno o ms corrientes de proceso fluido. En algunas aplicaciones, se conoce comnmente con atenuador o rejilla. (Ver la tabla 1. Se espera que el uso de la designacin de vlvula de control a mano se limite a vlvulas actuadas a mano las cuales (1) se usen para regulacin (estrangulacin) de proceso, o (2) son vlvulas especiales para fines de control y que han de especificarse por un grupo de instrumentacin o ingeniero de instrumentos. Convertidor: Un dispositivo que recibe informacin en forma de una seal de instrumento, altera la forma de la informacin, y enva una seal resultante de salida. Un convertidor es una forma especial de rel. Un convertidor se conoce tambin por transductor (convertidor), aunque transductor es un trmino completamente general y sus uso especficamente para conversin de seales no se recomienda. Elemento final de control: El dispositivo que directamente cambia el valor de la variable manipulada de un cuadro de control. Funcin: El propsito de o la accin realizada por un dispositivo Identificacin: La secuencia de letras o dgitos o ambos usados para designar un instrumento o cuadro individual. Instrumento: Un dispositivo usado directamente o indirectamente para medir o controlar una variable o ambos. El trmino incluye vlvulas de control, vlvulas de desahogo y dispositivos elctricos tales como anunciadores y botones de presionar.

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El trmino no aplica a partes, por ejemplo, un fuelle receptor o una resistencia, los cuales son componentes internos de un instrumento.

Local: La ubicacin de un instrumento que no est dentro, ni detrs de un tablero. Los instrumentos locales estn comnmente en las cercanas de un elemento primario o un elemento final de control. Tablero local: Un tablero que no es un tablero central o principal. Los tableros locales estn comnmente en las cercanas de subsistemas o sub-reas de plantas. Cuadro: Una combinacin de uno o ms instrumentos interconectados dispuestos para medir o controlar una variable de proceso, o ambos. Estacin de carga manual: Un dispositivo que tiene una salida ajustable manualmente y que se usa para actuar en uno o ms dispositivos remotos. Si bien los dispositivos remotos pueden ser elementos controladores, la estacin no proporciona conmutacin entre los modos de control manual y automtico de un cuadro de control. (Ver controlador y estacin de control). La estacin puede tener manmetros, luces u otras caractersticas integrales. Tambin se conoce como estacin manual o un cargador manual remoto. Medicin: La determinacin de la existencia o magnitud de una variable. Los instrumentos de medicin incluyen todos los dispositivos usados directamente o indirectamente para este propsito. Luz piloto: Una luz que indica cual de un numero de condiciones normales de un sistema o dispositivo existen. No es igual que una luz de alarma, que indica una condicin anormal. La luz piloto se conoce tambin como luz monitora. Elemento primario: Aquella parte de un cuadro o de un instrumento que detecta primero el valor de una variable de proceso, y que asume un correspondiente predeterminado e inteligible estado o salida. El elemento primario puede estar separado o integrado con otro elemento funcional de un cuadro. El elemento primario tambin se conoce como detector o sensor. Proceso: Cualquiera operacin o secuencia de operaciones que implica un cambio de estado de energa, de composicin, de dimensin o de otra propiedad que pueda ser definida con respecto a un punto de referencia. El trmino proceso se usa en esta Norma para aplicarse a todos los variables distintos de seales de instrumentos. Variable de Proceso - cualquiera propiedad variable de un proceso.

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Rel: Dispositivo que recibe informacin en forma de una o ms seales de instrumento, modifica la informacin o su forma, o ambos, si se requiere, enva una o mas seales resultantes de salida, y no se designa como un controlador, un interruptor, o de otra forma. (ver tambin Rel de computacin)

El termino rel es tambin aplicado especficamente a un interruptor elctrico actuado remotamente por una seal elctrica. Sin embargo, para los fines de esta Norma, el termino no esta tan restringido (ver la tabla 1). El trmino tambin se aplica a las funciones realizadas por rels.

Muestreo: Analizar cada uno de un nmero de entradas intermitentes. Un dispositivo de muestreo puede proporcionar funciones adicionales tales como registro o alarma.

Interruptor: Un dispositivo que conecta, desconecta o transfiere uno o ms circuitos y no est designado como controlador, rel o vlvula de control (ver tabla 1) l termino es tambin aplicado a las funciones realizadas por los interruptores.

Telemetra: La prctica de transmitir la medicin de una variable para lectura u otros usos. El trmino es ms comnmente usado aplicado a los sistemas de seales elctricas.

Punto de Prueba: Una conexin de proceso a la cul est conectada permanentemente un instrumento, pero esta dispuesto para la conexin temporal, intermitente, o futura de un instrumento.

Convertidor: Un termino general para un dispositivo que recibe informacin en forma de una o ms cantidades fsicas, modifica la informacin o su forma o ambos, si se necesita y enva una seal resultante de salida. Dependiendo de la aplicacin, el convertidor puede ser un elemento primario, un transmisor, un rel, un convertidor, u otro dispositivo.

Transmisor: Un dispositivo que detecta una variable de proceso por medio de un elemento primario y tiene a dems una salida cuyo valor de estado-estable vara solo como una funcin predeterminada de la variable de proceso. El elemento primario puede o no estar integrado al transmisor.

Dr. Luis Amendola Bosquejo del Sistema de Identificacin

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A.

Generalidades

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Cada instrumento ser identificado primero por un sistema de letras usado para clasificarlo funcionalmente. Para establecer una identidad de cuadro para el instrumento, se agregar un nmero a las letras. Este nmero ser, por lo general, comn a otros instrumentos del cuadro del cul este instrumento forma parte. Algunas veces se agrega un sufijo para completar la identificacin del cuadro. El recuadro arriba ilustra un nmero tpico de identificacin para un controlador registrador de temperatura.

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El nmero identificador del instrumento puede incluir informacin codificada tal como designacin de rea de planta.

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Cada instrumento puede ser representado en diagramas por un smbolo. el smbolo puede ir acompaado de una identificacin

B.

Identificacin funcional

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La identificacin funcional de un instrumento ha de constar de letras de la tabla 1, incluyendo una primera letra, cubriendo la variable medida o iniciador, y una o ms letras subsiguientes cubriendo las funciones del instrumento individual. Una excepcin a esta regla es el uso de la letra L para denotar una luz piloto que no forma parte de un cuadro de instrumento, (ver tabla 1)

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La identificacin funcional de un instrumento ha de hacerse de acuerdo a la funcin y no de acuerdo a la construccin, As, un registrador de presin diferencial usado para medicin de flujo ha de ser identificado como un FR. Un indicador de presin y un interruptor de presin conectado a la salida de un transmisor de nivel neumtico sern identificados como LI y LS, respectivamente. En un cuadro de instrumentos, la primera letra de la identificacin funcional ha de ser seleccionada de acuerdo a la variable medida o iniciador y no de acuerdo a la variable manipulada. As, una vlvula de control variando flujo de acuerdo a los dictados de un controlador de nivel es una LV, no una FV.

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Las letras subsiguientes de la identificacin funcional designan una o ms lecturas o funciones pasivas o funciones de salida o ambas. Se puede, si se requiere, usar una letra modificadora, adems de una o ms letras subsiguientes. Las letras modificadoras pueden modificar a una primera letra otras letras subsiguientes, como sea aplicable. La secuencia de letras de identificacin ha de comenzar con una primera letra. Las letras de lecturas o funcin pasiva han de seguir en cualquier secuencia, y las letras de funcin de salida seguirn a estas en cualquiera secuencia, excepto que la letra C (control) de salida ha de preceder a la letra V (vlvula) de salida, por ejemplo: HCV, una vlvula de control actuada a mano. Sin embargo, las letras modificadoras, si se usan, han de interponerse de tal forma que queden ubicadas inmediatamente despus de las letras que modifican. Una designacin identificadora de instrumento en un diagrama de flujo puede ser trazada con tantos balones identificadores como variables medidas o salidas haya. As, un transmisor registrador de rata de flujo con un interruptor de relacin de flujo puede ser identificado en un diagrama de flujo por dos crculos tangentes, uno inscrito FRT-3 y el otro FFS-3. El instrumento estara designado FRT/FFS-3 para todos los usos en escrituras y referencias. Si se desea, sin embargo, el FFRT-3 abreviado puede servir para la identificacin general o compra mientras que FFS-3 puede ser usado para los diagramas de circuitos elctricos

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Tabla N1 Significados de las letras de identificacin

1ra Letra Variable medida (3) Anlisis (4) Llama (quemador) Conductividad Densidad o peso especifico Tensin (f.e.m.) Caudal Calibre Manual Corriente elctrica Potencia Tiempo Nivel Humedad Libre (1) Libre (1) Presin o vaco Cantidad Radiactividad Velocidad o frecuencia Temperatura Multivariable (5) Viscosidad Peso o fuerza Sin clasificar (2) Libre ( 1) Posicin Letra de modificacin Funcin de lectura pasiva Alarma Libre (1)

Letras sucesivas Funcin de salida Letra de modificacin Libre(1)

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z

Libre (1) Control

Diferencial (3) Elemento primario Relacin (3) Vidrio (8) Alto (6) (13) (14) Indicacin o indicador(9) Exploracin (6) Estacin de control Luz piloto (10) Bajo (6) (13) (14) Medio o intermedio (6) (13) Libre

Libre Orificio Punto de prueba Integracin (3) Registro Seguridad (7)

Libre

Interruptor Transmisin o transmisor Multifuncin (11) Vlvula

Multifuncin (11) Vaina Sin clasificar

Mutifuncin (11)

Sin clasificar Sin clasificar Rel o computador (12) Elemento final de control sin clasificar

(1) Para cubrir las designaciones no normalizadas que pueden emplease repetidamente en un proyecto se han previsto letras libres. Estas letras pueden tener un significado como primera letra y otro como letra sucesiva. Por ejemplo, la letra N puede representar como primera letra el mdulo de elasticidad y como sucesiva un osciloscopio.

(2) La letra sin clasificar X, puede emplearse en las designaciones no indicadas que se utilicen slo una vez o un nmero limitado de veces. Se recomienda que su significado figure en el exterior del crculo de identificacin del instrumento. Ejemplo: XR-3 registrador de vibracin. (3) Cualquier letra primera si se utiliza con las letras de modificacin D (diferencial), F (relacin) o Q (integracin) o cualquier combinacin de las mismas cambia su significado para representar una variable medida. Por ejemplo, los instrumentos TDI y TI miden dos variables distintas, la temperatura diferencial y la temperatura respectivamente.

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(4) La letra A para anlisis, abarca todos los indicados que no estn cubiertos por una letra libre. Es conveniente definir el tipo de anlisis al lado del smbolo en el diagrama de proceso. (5) El empleo de la letra U como multivariable en el lugar de una combinacin de primeras letras, es opcional. (6) El empleo de los trminos de modificaciones alto, medio, bajo, medio o intermedio y exploracin es preferible pero opcional. (7) El trmino seguridad, debe aplicarse slo a elementos primarios y a elementos finales de control que protejan contra condiciones de emergencia (peligrosas para el equipo o el personal). Por este motivo una vlvula autorreguladora de presin que regula la presin de salida de un sistema, mediante el alivio a escape de fluido al exterior, debe ser PCV, pero si esta misma vlvula se emplea contra condiciones de emergencia, se designa PSV. La designacin PSV se aplica a todas las vlvulas proyectadas para proteger contra condiciones de emergencia de presin sin tener en cuenta si las caractersticas de la vlvula y la forma de trabajo la colocan en la categora de vlvulas de seguridad, vlvula de alivio, o vlvula de seguridad de alivio. (8) La letra de funcin pasiva vidrio, se aplica a los instrumentos que proporcionan una visin directa no calibrada del proceso. (9) La letra indicacin se refiere a la lectura de una medida real de proceso. No se aplica a la escala de ajuste manual de la variable si no hay indicacin de sta. (10) Una luz piloto que es parte de un lazo de control debe designarse por una primera letra seguida de la letra sucesiva L. Por ejemplo, una luz piloto que indica un perodo de tiempo terminado se designar KL. Sin embargo, si se desea identificar una luz piloto fuera del lazo de control, la luz piloto puede designarse en la misma forma o bien alternativamente por una letra nica L. Por ejemplo, una luz piloto de marcha de un motor elctrico puede identificarse EL, suponiendo que la variable medida adecuada es la tensin, o bien XL , suponiendo que la luz es excitada por los contactos elctricos auxiliares del arrancador del motor, o bien simplemente L. La actuacin de la luz piloto puede ser acompaada por una seal audible. (11) El empleo de la letra U como multifuncin en lugar de una combinacin en lugar de una combinacin de otras letras, es opcional. (12) Se supone que las funciones asociadas con el uso de la letra sucesiva Y se definirn en el exterior del smbolo del instrumento cuando sea conveniente hacerlo as. (13) Los trminos alto, bajo, medio o intermedio deben corresponder a valores de la variable medida, no a los de la seal a menos que se indique de otro modo. Por ejemplo, una alarma de nivel alto derivada de una seal de un transmisor de nivel de accin inversa debe designarse LAH incluso aunque la alarma sea actuada cuando la seal cae a un valor bajo. (14) Los trminos alto y bajo, cuando se aplican a vlvulas, o a otros dispositivos de cierre apertura, se definen como sigue: Alto: indica que la vlvula est, o se aproxima a la posicin de apertura completa. Bajo: denota que se acerca o est en la posicin completamente cerrada. Se sugieren las siguientes abreviaturas para representar el tipo de alimentacin (o bien de purga de fluidos) AS Alimentacin de aire ES Alimentacin elctrica GS Alimentacin de gas HS Alimentacin hidrulica NS Alimentacin de nitrgeno SS Alimentacin de vapor WS Alimentacin de agua El smbolo se aplica tambin a cualquier seal que emplee gas como medio de transmisin. Si emplea un gas distino del aire debe identificarse con una nota al lado del smbolo o bien de otro modo. Los fenmenos electromagnticos incluyan calor, ondas de radio, radiacin nuclear y luz.

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NORMA ISA S 5.3 La Norma ISA S5.3 tiene la finalidad de complementar los criterios de identificacin y simbologa ofrecida en la Norma ISA S 5.1; esta norma esta orientada a los sistemas de instrumentacin basados en Computadores, mini computadores, controladores lgicos programables y microprocesadores que comparten un mismo sistema de presentacin de la informacin. Excepto por la informacin relacionada con las alarmas, la mayor parte de la informacin contenida en esta norma esta de una forma u otra contenida en al S 5.1. En efecto, las representaciones genricas de funciones como las de conexiones por software o Softwiring, ya fueron representadas en las tablas y en las figuras mostradas. En cuanto a las alarmas, y dada la variedad de alarmas ofrecidas por los modernos sistemas de control distribuido, la norma S 5.3 especifica que se debe indicar el tipo de alarma en las cercanas del smbolo del indicador o controlador situado en el DCS. Reconoce las alarmas de alta H; de baja L; de velocidad de cambio: dp/dt en caso de presin, dT/dt en caso de temperatura, de desviacin del punto de ajuste: en caso de presin PD, en caso de temperatura TD. Definiciones y Abreviaturas Accesible: Una caracterstica del sistema que significa que el sistema es visible por la interaccin con el operador y permite a este cambios en el set point, transferencia auto / manual o accin on/off. Transferible ( Asignable ): Esta caracterstica permite al operador cambiar o dirigir una seal desde un dispositivo a otro, sin tener que cambiar cables, esto es, mediante suiches o comandos al sistema, a travs de la consola. Interfase de Comunicaciones ( Comunication Link ): El computador para el control es un dispositivo en el cual acciones de control y/o indicacin son generadas para ser utilizadas por otros dispositivos. Si otro dispositivo de control es utilizado en la comunicacin, el computador normalmente se comporta o funciona jerrquicamente sobre los otros dispositivos de control.

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Sistema de control por Computadora (computer Control System): Un sistema en el cual toda la accin de control tiene lugar dentro del computador. Computadores simples o redundantes pueden ser utilizados. Configuracin: Una caracterstica del sistema que permite seleccionar mediante comandos la estructura bsica y las caractersticas de un dispositivo o sistema, tales como algoritmos de control, formatos de pantalla o terminaciones de entrada / salida. Sistema de Control Distribuido (Dustributed Control System): Tipo de instrumentacin (dispositivo de entrada / salida, dispositivos de control y dispositivos de operacin)que adems de ejecutar las funciones de control regulatorio tambin permiten la transmisin de control, medicin e informacin de operacin a y desde una o varias localizaciones mediante una interfase de comunicaciones. Controlador Compartido (shared Controller): Es un dispositivo de control que poseer una cantidad de algoritmos pre-programados los cuales son recuperados, configurables y conectables y permiten al usuario usar estrategias de control definidas o funciones a ser implantadas. El control de las mltiples variables del proceso puede ser diseado compartiendo la capacidad de un dispositivo de este tipo. Pantalla compartida (shared Display): El dispositivo de la interfase del operador usada para mostrar seales y/o data en la modalidad de tiempo compartido, por ejemplo informacin alfanumrica y/o grfica residen en la base de datos de donde son seleccionadas por el usuario. Programas (software): Programas digitales, procedimientos reglas y documentacin requerida para la operacin y/o mantenimiento de un sistema digital. Enlace de programas (software Link): La interconexin de los componentes del sistema a funciones por medio de programas o comandos. Sistema de Control Supervisorio (supervisory Set Point Control System): La generacin del set point y/o otra informacin de control por un sistema de control por computador para ser usado por un controlador compartido, pantalla compartida u otros dispositivos reguladores de control.

Dr. Luis Amendola DIAGRAMAS D.T.I (P&ID's)

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El diagrama de tuberas e instrumentos D.T.I, consiste en una seccin detallada del diagrama de flujo donde se incorporan todos los detalles de Ingeniera mecnica, entre stas: dimetros de lneas, reducciones, tomas de procesos, aislamiento trmico, etc.; Y tambin se incluyen todos los instrumentos involucrados con el control, indicacin y registro de esa rea del proceso. La forma de llamarlos es P&ID, la cul tiene dos interpretaciones, ambos con validos significados. La primera es Piping and Instruments Diagram. La segunda es Process and Instrumentation Diagram. Como antes se menciona, ambas formas son perfectamente aceptables. Es necesario aclarar, que este diagrama no necesariamente tendr alguna relacin con la distribucin fsica de equipos en planta. Sin embargo, ser una buena prctica el que ambos documentos guarden cierta analoga. Los espacios fsicos no sern representados a escala en el D.T.I., as como las distancias entre los instrumentos de campo y los instrumentos en paneles locales o en sala de control, tampoco sern representados en stos. Generalmente para un Diagrama de Flujo de Proceso existirn varios DTI's, lo que implica que estos debern mostrar las lneas de referencias de interconexin entre DTI's. Este documento ser tambin la esencia inicial y fundamental de la filosofa de control del proceso en estudio. Por ello, ninguna fase posterior deber ejecutarse antes de tener estos documentos claramente desarrollados aprobados por las partes interesadas. Para la representacin grfica e identificacin de los instrumentos en el DTI's, se usar la norma ISA.

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MEDIDAS DE PRESION CONCEPTO DE PRESIN Y UNIDADES

Introduccin. La presin es una fuerza aplicada a una superficie o distribuida sobre ella. La presin "P" ejercida por una fuerza "F" y distribuida sobre una rea "A" se define mediante la relacin.

P=F/A

La presin podr expresarse en muy diversas unidades, tales como: Kg/cm2, psi, cm de columna de agua, pulgadas o cm de Hg, bar y como ha sido denominada en trminos internacionales, en Pascales (Pa), como la medida estndar segn la 3ra Conferencia General de la Organizacin de Metrologa Legal.

Dado que el Pascal (Newton/m2), es la unidad estndar, las equivalencias de las dems medidas las expresaremos en funcin de esta medida, a continuacin:

1 Pa=0,00014 psi 1 Pa=0,0039 pulgadas de agua 1 Pa=0,00029 pulgadas de Hg 1 Pa=0,987x10-5 Atmf 1 Pa=0,102x10-4 kg/cm2 1 Pa=0,01 cm de agua 1 Pa=0,0075 mm de Hg 1 Pa=10-5 Bar

La presin puede medirse de dos maneras, la primera en trminos absolutos, y la segunda en trminos relativos.

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La presin absoluta se mide con relacin al cero absoluto o vaco total. La presin relativa se mide con respecto a la presin atmosfrica, es decir, su valor cero corresponder al valor de la presin absoluta atmosfrica.

La presin atmosfrica es la que ejerce la masa de aire de la atmsfera terrestre sobre su superficie, medida mediante un barmetro. A nivel del mar, la presin atmosfrica es de aproximadamente 760 mm de Hg absolutos, que es equivalente a 14,7 psia.

Otro tipo de medida de esta variable, frecuentemente usada es la presin diferencial, que consistir en la medida de la misma entre dos puntos de un proceso.

La presin de vaco es aquella que se mide como la diferencia entre una presin atmosfrica y la presin absoluta (cero absoluto).

Presin manometrica. Es la presin medida con referencia a la presin atmosfrica la diferencia entre la presin medida y la presin atmosfrica real. Como sta es variable, la comparacin de valores medidos en diferentes intervalos de tiempo, resulta incierta.

Presin hidrostatica. Es la presin existente bajo la superficie de un lquido, ejercida por el mismo.

Presin de lnea. Es la fuerza ejercida por el fluido, por unidad de superficie, sobre las paredes de una conduccin por la que circula. Presin diferencial. Es la diferencia entre un determinado valor de presin y otro utilizado como referencia. En cierto sentido, la presin absoluta podra considerarse como una presin diferencial que toma como referencia el vaco absoluto, y la presin manomtrica como otra presin diferencial que toma como referencia la presin atmosfrica.

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TIPOS DE INSTRUMENTOS PARA ESTA VARIABLE

Los elementos primarios de medicin de presin son fundamentalmente de tres tipos:

1.- Elementos Mecnicos 2.- Elementos Electromecnicos 3.- Elementos Electrnicos.

Elementos Mecnicos: estos se subclasifican en dos categoras: a) de medicin directa y b) elementos primarios elsticos.Los de medicin directa realizan su funcin, comparando la presin con la fuerza ejercida por una columna de liquido de densidad conocida, entre estos se encontraran: el barmetro de cubeta, el manmetro de tubo U, el manmetro de tubo inclinado, etc.

Los elementos primarios elsticos, miden la presin por deformacin que estos sufren por efecto de ella misma. Los mas empleados son: el tubo Bourdon, el elemento espiral, el diagrama y el fuelle.

El tubo de Bourdon es un elemento tubular de seccin elptica en forma de anillo casi completo, cerrado por un lado. Al aumentar la presin interna, el tubo tiende a enderezarse y este movimiento es transmitido por otros servomecanismos a una aguja indicadora o a un elemento transmisor.

Los materiales usualmente empleados son: acero inoxidable, aleaciones de cobre o otras aleaciones especiales como el Hastelloy/Monel.

El espiral se forma enrrollando un tubo de Bourdon en forma de espiral alrededor de un eje comn.

El helicoidal es similar al espiral con la diferencia de que las espiras se encuentran en planos diferentes y paralelos.

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El diafragma consiste en una o varias cpsulas circulares, conectadas rgidamente entre s por soldadura, de tal forma que al aplicar presin sobre ellas, cada cpsula se deforma y la suma de los pequeos desplazamientos es amplificada por un juego de palancas. El material usado tpicamente en el diafragma es la aleacin de nquel o Iconel X.

El fuelle es similar a un diafragma compuesto, pero de una sola pieza flexible axialmente, y puede dilatarse y contraerse de forma considerable. Para los elementos antes mencionados tenemos la siguiente tabla de rango

Elementos Barmetro de cubeta Tubo U Tubo inclinado Tubo de Bourdon Espiral Helicoidal Diafragma Fuelle

Rango 0,1 - 3 m de columna de agua 0,2 - 1,2 m de columna de agua 0,01 - 1,2 m de columna de agua 0,5 - 6000 Kg/cm2 0,5 - 2500 Kg/cm2 0,5 - 5000 Kg/cm2 50 mm c/agua - 2 Kg/cm2 100 mm c/agua - 2 Kg/cm2

Los Elementos Electromecnicos: estos elementos son la combinacin de un elemento mecnico elstico y un transductor elctrico, que generara la seal correspondiente.

Los elementos electromecnicos de presin se clasifican de acuerdo al principio de funcionamiento, estos son:

- Transmisores electrnicos de equilibrio de fuerzas - Resistivos - Magnticos - Capacitivos - Extensiomtricos - Piezoelctricos

Los elementos resistivos consisten de un elemento elstico, que varia la resistencia ohmica en funcin de la presin. Ver grfica a continuacin:

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La resistencia que se obtenga mediante un puente de Wheastone, podr asociarse casi de forma lineal con el valor de la presin.

Su rango de medida varia entre 0,1 y 300 Kg/cm2, su precisin es de alrededor del 1,5% del Span, pero su defecto es que son altamente sensibles a las vibraciones.

Los elementos magnticos trabajan de forma similar a los resistivos, solo que en este caso el transductor no ser una resistencia, sino una bobina y un imn conectado mecnicamente al elemento elstico. El devanado de la bobina es alimentado con corriente alterna y la fem inducida por el imn ser opuesta a la de alimentacin, siendo diferencia proporcional a la presin aplicada sobre el elemento elstico. Una grfica de el elemento se presenta a continuacin.

Los elementos capacitivos se basan en el principio que establece que un condesador variara su capacitancia al desplazarse una de sus placas. En este caso, una de las placas, la mvil, estar conectada mecnicamente a un elemento elstico, de tal forma que podemos establecer un puente de Wheastone capacitivo, cuyas caractersticas son mas estables que las del elemento resistivo, sin embargo, como todos los anteriores sistemas sigue siendo sensible a las vibraciones.

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Los elementos extensiometricos tambin conocidos como galgas extensiometricas (strain gage), se basan en un principio que establece que la resistividad de un conductor varia de acuerdo al dimetro y longitud de dicho conductor.

Recientemente, fue descubierto un material conductor, que tena la peculiaridad mecnica de poseer un coeficiente de elasticidad tal que le era posible, en forma de conductor (hilo), al aplicar tensin mecnica, deformase aumentando su longitud y disminuyendo su dimetro y al desaparecer el efecto de la tensin, el conductor recuperara sus dimensiones originales de longitud y dimetro. A este tipo de conductor se le llamo hilo activo.

Este hilo activo, incorporado en un material elstico y adhesivo, forma lo que se llaman las galgas extensiometricas (strain Gage)

Al instalar una de estas galgas sobre la superficie de un elemento elstico de medicin de presin, podremos mediante un puente de wheastone, medir la variacin de resistividad por el efecto de las deformaciones.

En este caso, las vibraciones tendrn un efecto nulo sobre la medicin, por lo que este tipo de transductor es uno de los mas novedosos y verstiles descubrimiento de finales de la dcada pasada

Su intervalo de medicin varia entre 0,6 y 10000 Kg/cm2, lo cual da una idea de su eficacia

Los transductores Piezoelctricos, actualmente an en estudio para su aplicacin industrial, son materiales cristalinos que al deformarse por efecto de la presin, generan una seal elctrica

Los materiales cristalinos que se estudian son el cuarzo y el titanio de bario, capaces de soportar temperaturas entre 150 y 230 grados celsius en servicio intermitente.

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Este rango de temperatura no es aceptable de ningn modo para los anteriores elementos transductores, lo que advierte sobre la gama de aplicaciones industriales de los piezoeltricos

Elementos Electrnicos de vaco

Los elementos electrnicos de vaco se emplean para la medicin de alto vaco, son altamente sensibles y se clasifican: - Mecnicos - Medidor de McLeod - Trmicos - De Ionizacin Los medidores Electrnicos-Mecnicos de vaco, constan de un fuelle y un diafragma conectados, midiendo la diferencia de presiones entre las presiones atmosfricas y la del proceso. El medidor de McLeod, que es usado como instrumento de calibracin de muchos otros instrumentos, se basa en comprimir una muestra del gas a un volumen mas pequeo mayor que la atmosfrica, para luego deducir la presin original mediante la aplicacin de la ley de Boyle.

Los transductores de Ionizacin utilizan el principio que habla de la formacin de iones que se producen en las colisiones que existen entre molculas y electrones (o bien partculas alfa en el tipo de radiacin). La formacin de estos iones variara directamente proporcional con la presin, en niveles muy bajos de presin absoluta.

CALCULOS TIPICOS

Sobre este particular haremos una serie de anotaciones prcticas sobre algunos clculos frecuentes acerca de los instrumentos de presin.

Rango de un instrumento de presin: para determinar el rango comercial de un instrumento, ser necesario conocer por parte de los encargados del proceso cuales sern los valores de la presin mxima y mnima.

Luego como practica recomendable, se calculara el Span del rango expedido por procesos, se obtendr el 30% de ese valor y se le aadirn al rango por encima y si fuera el caso, tambin por debajo.

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Con este nuevo rango, procederemos a ubicar el rango igual o por encima de los requerimientos calculados con ese factor de seguridad, del catalogo comercial que estemos usando para la seleccin y compra de nuestro instrumento.

Estimado de la presin por columna de liquido de un fluido de gravedad especifica conocida: es frecuente que el Ingeniero Instrumentista se encuentre en la necesidad de estimar por cuenta propia el valor del rango de un instrumento de presin para la evaluacin de la altura de columna liquida en un tanque, o ser necesario el calculo de la presin para un tubo U o tubo inclinado.

Para entender este clculo, ser necesario comprender lo que significa el concepto de gravedad relativa de un lquido, llamada Gamma. Esta es la relacin que existe entre la gravedad especfica de un determinado lquido y la gravedad especfica del agua.

La presin ejercida por una columna de un determinado lquido, en trminos de su equivalente en columna de agua vendr determinada por la siguiente relacin:

P = Gamma * H

Donde H ser la altura de la columna del lquido en cuestin. Si se toma en cuenta las siguientes equivalencias: 1 m de columna de agua = 1,42 psi 1 m de columna de agua = 0,1 Kg/cm2

Se podr determinar la presin en valores prcticos y manejables para una columna de lquido cualquiera.

Para el caso de tubos U o de tubos inclinados, el valor de H a tomar en cuenta ser la diferencia de las alturas de los meniscos de los dos lados del tubo.

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Dr. Luis Amendola INSTRUMENTOS DE MEDICION DE TEMPERATURA UNIDADES Y TRANSFORMACIONESError! Marcador no definido.

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La Temperatura es difcil de definir, ya que no es una variable tan tangible como lo es la presin, dado que en su caso, no podemos referirla a otras variables. La temperatura es un estado relativo del ambiente, de un fluido o de un material referido a un valor patrn definido por el hombre, un valor comparativo de uno de los estados de la materia Por otra parte, si, positivamente, podremos definir los efectos los cambios de temperatura producen sobre la materia, tales como aumentos o disminucin de la velocidad de las molculas de ella, consecuencia palpable, tales como el aumento o disminucin volumen de esa porcin de materia o posibles cambios de estado. que los con del

Existen dos escalas de temperatura o dos formas de expresar el estado relativo de la materia, estas son: - Temperaturas absolutas - Temperaturas relativas Las escalas absolutas expresan la temperatura de tal forma que su valor cero, es equivalente al estado ideal de las molculas de esa porcin de materia en estado esttico o con energa cintica nula. Las escalas relativas, son aquellas que se refieren a valores preestablecidos o patrones en base los cuales fue establecida una escala de uso comn. En Sistema Mtrico Decimal, las escalas relativas y absolutas son: - la Escala Celsius o de grados Centgrados (relativa) - la Escala Kelvin (absoluta) La equivalencia entre las dos escalas es: Grados Kelvin = Grados Centgrados + 273

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En el Sistema de Medidas Inglesas, su equivalente ser:

- La Escala Fahrenheit (Relativa) - La Escala Rankine (Absoluta)

la equivalencia entre estas dos escalas es:

Grados Rankine = Grados Fahrenheit + 460

Por otra parte, las escalas Celsius y la Fahrenheit estn referidas al mismo patrn, pero sus escalas son diferentes. El patrn de referencia usado para su definicin fueron los cambios de estado del agua. Estos puntos son:

CAMBIO DE ESTADO SOLIDO - LIQUIDO LIQUIDO - GAS

CELSIUS 0 100

FARENHEIT 32 212

Como se puede deducir de la tabla anterior, por cada grado Celsius de cambio trmico tendremos 1,8 grados Fahrenheit de cambio equivalente. De todo esto, la equivalencia entre estas dos escalas ser:

Grados Fahrenheit = Grados Celsius * 1,8 + 32

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TIPOS DE INSTRUMENTOS DE ESTA VARIABLELos diferentes tipos de instrumentos que son usados para la medicin de la temperatura son: 1. 2. 3. 4. 5. Termmetro de Vidrio Termmetro Bimetlico Termopares Termoresistencia ( RTD ) Pirometro de Radiacin

Existen otros tipos, adems de los listados, pero su uso es poco frecuente, por lo cual nos dedicaremos nicamente a los listados. TERMMETRO DE VIDRIO Este tipo de instrumento, es el ms conocido por nosotros; consta de un tubo de vidrio hueco, con un deposito lleno de un fluido muy sensible volumtricamente a los cambios de temperatura. Dependiendo del fluido usado, tendremos diferentes rangos de temperatura para este tipo de instrumento, los cules, vendrn limitados, por los puntos de solidificacin y de ebullicin de los antes citados fluidos. Algunos de estos son:

Mercurio Mercurio (tubo de gas) Pentano Alcohol Tolueno

-35 -35 -200 -110 -70

a a a a a

280 450 20 50 100

Grados Grados Grados Grados Grados

C C C C C

Estos son frgiles, requieren de una posicin especfica para funcionar, adems de tener un rango muy limitado de la variable.

Dr. Luis AmendolaTERMMETROS BIMETLICOS

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Al igual que el termmetro de vidrio, utilizan el fenmeno de cambios volumtricos, para su funcionamiento. El termmetro bimetlico, consta, como su nombre lo dice, de dos barras metlicas de diferentes unidas rgidamente, a los estos materiales ser diferentes, tendrn necesariamente, que tener diferentes coeficientes de dilatacin lineal. Esta diferencia produce una curvatura de la barra conjunta, debido a que un material s elongar mas que el otro. Mediante este mtodo, funcionan la gran mayora de los termostatos (interruptores de temperatura) y algunos termmetros indicadores locales. TERMOPARES El termopar se basa en el principio, del efecto que fuera descubierto en 1821 por Seebeck, que establece que cuando la unin de dos materiales diferentes se encuentra a una temperatura diferente que la del medio ambiente, a travs de esos materiales circular una corriente. El uso de termopares en la industria se ha popularizado, ya que son altamente precisos y muchos ms econmicos que las termoresistencias. Existen muchos mtodos para realizar mediciones prcticas de temperatura. De todos ellos, unos fueron desarrollados para aplicaciones particulares mientras que otros han ido cayendo en desuso. Las termocupulas constituyen hoy en da el sistema de medicin de temperatura ms usado y de mejor acceso. Esta forma de medicin abarca el rango de temperaturas requerido para la mayora de las mediciones exigidas. Termocupulas de diferentes tipos pueden cubrir un rango de 250C hasta 2.000C y ms si fuera necesario. TERMOMETRICA CON TERMOCUPULAS Si se presenta un gradiente de temperatura en un conductor elctrico, el flujo de calor crear un movimiento de electrones y con ello se generar una fuerza electromotriz (FEM) en dicha regin. La magnitud y direccin de la FEM ser dependientes de la magnitud y direccin del gradiente de temperatura del material que conforma al conductor.

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En una termocupula, dos materiales que tienen diferentes caractersticas FEM / temperatura, se combinan para producir un voltaje de salida que puede ser cuantificado. Existen varias reglas a recordar en el empleo de estos sistemas y son las siguientes:

a) Para

asegurar una operacin estable y adecuada de la termocupula, las caractersticas termoelctricas de los conductores deben mantenerse a todo lo largo de ellos (uniformidad).

b) Slo

un circuito comprimiendo o simplemente conectando materiales diferentes, en un gradiente de temperaturas producir una seal. Dos conductores de igual material no producirn FEM alguna. sensibilidad termoelctrica de la mayora de los metales no es lineal con la variacin de temperatura.

c) La

MATERIALES DE CONTRUCCION La totalidad de los sensores de este tipo cubre el rango de 250C hasta 2.000C pero un solo tipo de termocupula no abarca la totalidad del rango. En la tabla siguiente se mencionan algunas codificaciones de termocupulas y los materiales de construccin de las mismas: Designacin Internacional K T J E R S B Material del Conductor Polo + Polo Ni-Cr Cu Fe Ni-Cr Pt13%Rh Pt10%Rh Pt30%Rh Ni-Al Cu-Ni Cu-Ni Cu-Ni Pt Pt Pt6%Rh Rango de Temperatura en C 0 hasta + 1.100 -185 hasta +300 +20 hasta 700 0 hasta + 500 0 hasta + 1.600 0 hasta + 1.500 +100 hasta + 1.600

Tanto la exactitud como la sensibilidad de la medida depende de los conductores, y es recomendable que el fabricante ayude en la eleccin del material a usarse para garantizar as la vida y rendimiento del termoelemento.

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LA TERMOCUPULA PRACTICAPara aplicaciones simples, los termoelementos pueden hacerse usando cables compensados y algn tipo de aislante adecuado para cada caso. La unin de medicin se forma en un extremo soldando los dos alambres conductores fundindolos entre s bajo una atmsfera inerte de argn. La condicin esencial es establecer adecuada entre los conductores (Figura) una conexin elctrica

Los rangos, tipo y estilos de las termocupulas son muy grandes y completos con lo que es posible conseguir una disposicin adecuada para las aplicaciones necesarias en la industria y el campo cientfico. Frecuentemente, el termoelemento suele ir introducido en una carcaza cerrada en su extremo (termopozo) que se fabrica de alguna aleacin metlica resistente a la corrosin o al calor y, en otros casos, se utiliza un material refractario (Figura)

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Una forma alternativa de construccin es utilizar un termoelemento con aislamiento mineral; En este caso, los cables conductores estn envueltos en un polvo mineral inerte y no conductor fuertemente compactado. Todo este conjunto va rodeado de una camisa metlica (de acero inoxidable o aleaciones de nquel) que forman una unidad hermtica. Este tipo de ensamblaje se puede obtener en dimetros externos desde 0.25 hasta 19 mm inclusive y longitudes de unos pocos milmetros hasta cientos de metros (Figura)

Para aplicaciones especiales donde se requiere una respuesta rpida, es aconsejable ocasionalmente, que la termocupula sea fabricada con su unin expuesta o en algunos casos aterrada; siempre y cuando el resto del sistema lo permita. Las termocupulas estn frecuentemente acabadas con una conexin o un terminal que permite su unin con resto del circuito termoelctrico. Alternativamente, un conector especial puede ser incluido; En estos dispositivos, las patas conectoras estn construidas de materiales o aleaciones adecuadas para no alterar la FEM generada en la unin de medicin, permitiendo as la rpida conexin o desacople del sensor a utilizar sin afectar de forma alguna la uniformidad del termoelemento. En los termopares, tambin llamados termocuples, existen dos puntos importantes: las juntas caliente (en el proceso) y la junta fra (en el medio ambiente). Los materiales que sern usados ya estn estandarizados y tienen unas tablas de comportamiento, que suponen, que la junta fra se encuentra a cero (0) grados centgrados. Esto es con el fin, de tener un valor de patrn de comparacin que parta de cero, ya que de no ser as, la junta fra actuara como un segundo termopar en serie con el primero sumando as a la f.e.m. de la junta caliente. En la prctica industrial, lo frecuente, es tener la junta fra a temperatura ambiente, lo que hace necesario, compensar el valor de

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la lectura de mV, restando los mV que generara ese termopar a la temperatura ambiente.

TERMORESISTENCIA ( RTD )Las termo-resistencias, utilizan el principio que establece que la resistividad de un conductor varia con la temperatura, y que esta variacin podr o no ser lineal dependiendo del material usado para esa resistencia. Fsicamente est constituido por un arrollado muy fino del conductor adecuado, bobinado entre capas de un material aislante elctrico, protegido por un termopozo para lograr una proteccin total del elemento sensor. La relacin fundamental para el funcionamiento ser as:

Rt = Ro * (1 + Alpha * t) donde: Ro: resistencia en ohmios a 0 grados Celsius Rt: resistencia a la temperatura t grados Celsius Alpha: coeficiente de temperatura de la resistencia.

Como se puede observar, se esta suponiendo de antemano, que el material que ser usado debe tener un comportamiento lineal, dentro del rango de trabajo asignado. De no ser as, la funcin debera tener ms trminos. El mtodo de medicin de la temperatura no es directo, ya que lo que se mide es una resistencia mediante un puente de Wheastone, luego se lee el valor de la temperatura correspondiente de tabla de comportamiento de la citada resistencia. Este proceso, en la actualidad, ya esta automatizado, gracias a los sistemas de control avanzados y la electrnica digital.

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Las termoresistencias ms usadas en el mercadeo son:

Error! Marcador no definido. METAL Platino Nquel Cobre

RANGO DE OPERACIN Celsius

PRECISIN (grados)

-200 a 950 -150 a 300 -200 a 120

0.01 0.50 0.10

TERMORRESISTENCIAS DE PLATINO Y SUS APLICACIONESEste tipo de sensores tiene una ventaja fundamental; son sumamente precisos y producen medidas altamente reproducibles. Su construccin permite disponer de ellos como elementos simples, dobles y, en casos muy especiales, hasta triples. Su rango de operacin es un poco ms limitado y va desde 50C hasta + 350C. En su forma general el sensor viene introducido dentro de un tubo protector metlico de acero inoxidable pero posible, segn el caso, disponer de camisas protectoras y termopozos construidos de acero especiales o aleaciones como el Inconel, Incoloy y Hastelloy. Las termorresistencias de platino tienen normalmente un valor de 100 Ohms a 0C con un intervalo de 38,5 Ohms. Su construccin puede hacerse con 2, 3 o 4 cables, segn la necesidad del proceso.

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TERMORRESISTENCIAS DE USO GENERALEsta disposicin se puede usar con o sin termopozos en una infinidad de procesos que incluyen tanques, hornos, estufas, tuberas, ductos, sistemas de incubacin, fermentacin, refrigeracin. Los tubos protectores se hacen del largo, dimetro y material requerido por el cliente; este tipo de sensores posee adems opciones de respuesta rpida o con camisa para medicin de gases secos.

Termorresistencias con elementos de inmersin variable

Este tipo de construccin posee un conector ajustable que permite variar el largo de inmersin del elemento. Termorresistencias tipo SPRING LOADED

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Dispositivo que permite que el elemento y el termopozo estn en contacto firme durante su operacin. Esto permite controlar la variacin o golpeteo dentro del termopozo, aumenta la velocidad de respuesta y facilita enormemente la instalacin del sensor.

TIPOS DE SENSORESMuchos de los sistemas de termorresistencias de platino utilizan sensores que van construidos en forma de espiral y recubiertos o encerrados en un cuerpo aislante de cermica o vidrio, el cual posee una relacin de expansin vs. Temperatura muy similar a la del platino dentro del rango de trabajo (Figura)

Las termorresistencias de platino se pueden fabricar con una gran variedad de tubos de proteccin y con los terminales adecuados para la conexin con el resto del circuito as como con diferentes tipos de termopozos para lograr una proteccin total del elemento sensible (Figura)

Existen tres tipos de construccin y cableado:

termoresistencias,

de

acuerdo

a

su

Dr. Luis Amendola- de dos hilos - de tres hilos - de cuatro hilos

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Como ya se haba mencionado, la evaluacin, del valor de la resistencia Rt, se hace en un puente de Wheastone, entonces es aqu, donde se hace importante la diferencia entre ambos tipos de termoresistencias.

Para las primeras, de dos hilos, ser necesario estimar la longitud del conductor del puente a la resistencia en el punto de toma del proceso, para poder calcular el valor de la resistencia. Para las de tres hilos, si adems, ajustamos el puente de tal forma que R1/R2=1, y como la longitud por lado de conductor se hace igual, podremos ajustar el valor de la resistencia R3 para equilibrio, y ese ser directamente el valor de la resistencia x. Dado que en equilibrio la ecuacin del puente ser:

R1 / (R3 + K * a) = R2 / (x + K * b)

Segn esquemtico de conexin, que se muestra debajo.

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CIRCUITOS RTDCircuito RTD dos hilos La RTD simple reemplaza uno de los elementos del puente y causa un desbalance y as como tambin cambios de resistencia. La salida se lee directamente o es usada para manejar otro circuito en el transmisor. Si la RTD esta localizada a una distancia desde el transmisor y puente entonces esta conduce por los dos hilos cuando un material ms econmico es usado para conectar la RTD al puente. Una de las limitaciones de la RTD de dos hilos es que los hilos conductores aadidos a la resistencia del circuito pueden causar errores de lectura.

Circuito RTD tres hilos Para ayudar a eliminar el error introducido por los hilos conectores se usa comnmente una RTD de tres hilos con este propsito los efectos de la resistencia de cada uno de los hilos conductores ( A y B ) son eliminados por el puente debido a que cada uno es la conexin opuesta del puente. El tercer hilo ( C ) es un conductor de equilibrio. Los tres hilos unidos no eliminan todos los efectos de los hilos conductores, pero debido a que los sensores estn localizados justamente cercanos a los transmisores, los efectos de los hilos conductores son pequeos y la aproximacin provee una exactitud razonable.

Dr. Luis AmendolaCircuito RTD cuatro hilos

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La va ms efectiva para eliminar los efectos de los hilos conductores es con cualquiera de las versiones de cuatro hilos. Es una aproximacin que no requiere puente como se indica en la figura, en este mtodo una corriente constante es conectada a dos de los hilos de la RTD, la cada de voltaje en la RTD es medida en los otros dos conductores, la cada de voltaje es independiente de los efectos de los hilos conductores.

Ventajas y Desventajas de la RTD con la Termocupla Ventajas RTD Alta Precisin Mejor Linealidad Mejor Estabilidad No requiere compensacin por junta fra Los hilos no requieren especial extensin Desventajas RTD l limite de temperatura mxima es l mas bajo El tiempo de respuesta sin el termopozo es bajo ( El tiempo de respuesta es esencialmente equivalente cualquier tipo de sensor es montado sin el terpopozo )

cuando

TERMOPOZOS

Es

un elemento de conexin a proceso tal que, proteger al elemento primario de temperatura, de los agentes corrosivos, abrasivos que este elemento no podra resistir por s mismo. El termopozo puede adoptar varias configuraciones para su montaje, las cuales pueden ser en forma recta, cnica, reduccin, flange soldado y espacios reducidos.

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Dr. Luis Amendola PIROMETROS DE RADIACIN

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Existen casos donde no es posible tomar, por contacto directo con el proceso, la temperatura que sea necesaria para evaluar un proceso. Uno de los instrumentos de NO CONTACTO ms comn, es el pirometro de radiacin. Se fundamenta en el principio que dice que la intensidad de la energa radiante emitida por la superficie de un cuerpo, aumenta proporcionalmente a la cuarta potencia de la temperatura del cuerpo. En trminos funcionales:

W = K * T4

Los pirmetros pticos son un juego de lentes de diferentes colores de acuerdo a las tonalidades que toma determinado material a diferentes rangos de temperatura. El pirmetro de radiacin consta de una serie de termocuplas en serie con un lente que hace convergir el haz de radiacin hacia esas termocuplas. De esta forma, la radiacin captada a cierta distancia del medio, es amplificada y calculada con bastante precisin. La medicin de temperatura sin contacto es altamente necesaria cuando estamos hablando de procesos donde las temperaturas son tan elevadas que el elemento primario podra hundirse o no trabajar (t>1500 grados centgrados), como por ejemplo: fundiciones, estudios cientficos, reactores nucleares, etc.

Dr. Luis Amendola MEDICION DE CAUDAL MEDIDA DE CAUDAL

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La medicin del caudal de fluidos constituye uno de los aspectos ms importantes del control de procesos industriales. De hecho, probablemente sea la variable del proceso que se mide con mayor frecuencia. Aqu estudiaremos la naturaleza del caudal, as como los factores que en l influyen. Se discuten los equipos ms comnmente utilizados para de determinacin, la precisin de los mismos y la forma en que sta suele especificarse. Tambin se incluye un resumen de las caractersticas principales de dichos equipos, as como tablas de conversin de las unidades ms comnmente utilizadas.

Las aplicaciones ms habituales de este tipo de equipos en la industria consisten en:

Medir las cantidades de gases o lquidos utilizados en un proceso dado. Controlar las cantidades adicionales de determinadas substancias aportadas en ciertas fases del proceso. Mantener una proposicin dada entre dos fluidos. Medir el reparto de vapor en una planta, etc.

Como hemos dicho, en numerosos procesos industriales, los equipos para la medida de caudal constituyen la parte ms importante de la instrumentacin. El valor de un caudal se determina generalmente midiendo la velocidad del fluido que por una conduccin de una seccin determinada. Mediante ste procedimiento indirecto. , lo que se mide es el

caudal volumtrico Qv, que en su forma ms simple, sera: Qv = A x V

donde A es la seccin transversal del tubo y V la velocidad lineal del fluido.

Una medicin fiable del caudal depender pues de la medicin correcta de los valores A y V. Si, por ejemplo, aparecen burbujas en le fluido, el trmino A de la ecuacin seria

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artificialmente alto. De igual forma, si se mide la velocidad como el desplazamiento de un punto situado en el centro del tubo y se introduce en la ecuacin anterior, el caudal Qv calculado seria mayor que el real, debido a que V debe reflejar la velocidad media de todo el frente del fluido al paso de una seccin transversal del tubo.

FACTORES QUE INFLUYEN EN EL CAUDALLos principales factores que influyen en el caudal de un fluido que circula por una tubera son:

Velocidad del fluido. Razonamiento del fluido con el tubo. Viscosidad del fluido. Densidad del fluido.

La velocidad del fluido depende de la presin que le empuja por la tubera. Cuando mayor sea dicha presin, ms alta ser la velocidad de circulacin (siempre que los dems factores permanezcan constantes) y por consiguiente, mayor resultar el caudal volumtrico. El tamao de la tubera tambin afecta al caudal. Si duplicamos, por

ejemplo, el dimetro de la tubera, se multiplica por cuatro la capacidad potencial de caudal en la misma. El rozamiento con las paredes de la tubera reduce la velocidad del fluido,

considerndose por tanto, un factor negativo. Como consecuencia de dicho rozamiento, la velocidad del fluido que circula por las zonas prximas a las paredes de la tubera es menor que en el centro de la misma. Cuando ms larga, limpia y menos rugosa sea una tubera, menor ser el efecto del rozamiento sobre la velocidad media del fluido.

Otro de los factores que influyen negativamente en la velocidad es la viscosidad (u) o friccin molecular dentro del fluido. La viscosidad refuerza el efecto del rozamiento con la tubera, reduciendo an ms la velocidad del fluido en las zonas prximas a paredes. La viscosidad vara con los cambios de temperatura, pero no siempre de forma predecible. En caso de lquidos, la viscosidad normalmente disminuye al aumentar la temperatura. Sin embargo, en determinados fluidos, puede aumentar la viscosidad cuando se superan ciertos valores de temperatura. Se puede afirmar que, generalmente, cuando mayor es la

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viscosidad de un fluido, menor ser su velocidad, siempre que permanezca los dems factores constantes. La viscosidad se mide en (poises) en el sistema cgs, pero como sta unidad resulta excesivamente grande, en la prctica se utiliza l (centipoise). Esta es la llamada viscosidad dinmica o absoluta. Otro tipo de viscosidad es la llamada cinemtica, que en el mismo sistema se mide en (stokes), pero al igual que el poise resulta una unidad muy grande, utilizndose prcticamente l (centistoke). La relacin entre una y otra es la densidad resultando:

Densidad = poises / Stokes

La densidad influye en el caudal, puesto que el fluido ms denso requiere mayor fuerza de empuje para mantener un mismo caudal de paso. El hecho asimismo de los gases sean comprensibles y los lquidos no, hace que se precisen, por lo general, mtodos distintos para la medicin de lquidos, gases y lquidos que arrastren gases.

Se ha comprobado que los factores ms importantes que intervienen en el caudal, correlacionan entre s y pueden expresarse en forma de un parmetro sin dimensiones llamado nmero de Reynolds, el cual describe el caudal para todas las viscosidades, velocidades y dimetro de lnea. En general, se puede decir que define la relacin entre las fuerzas de desplazamiento que empujan al fluido con las de viscosidad que lo frenan, o sea:

VD Rd = -----

A velocidades muy bajas o viscosidades altas, Rd tiene un valor pequeo y el fluido circula estratificado en capas paralelas y uniformes con la velocidad ms alta en el centro paralelas y uniformes con la velocidad ms alta en el centro del tubo y las ms bajas en las zonas prximas a las paredes donde las fuerzas de rozamiento producidas y reforzadas por la viscosidad retienen su marcha. Este tipo de rgimen se denomina

laminar y queda representado por valores del Nmero de Reynolds inferiores a 2,000.

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Una caracterstica significativa de este tipo de rgimen consiste en la forma parablica del perfil de su velocidad.

En caso de que las velocidades sea altas o la viscosidad baja, el flujo rompe en remolinos turbulentos, todos los cuales circulan por el tubo con la misma velocidad media. En ste rgimen turbulento la viscosidad del fluido es menos significativa, adoptando el perfil de velocidades una forma mucho ms uniforme. Normalmente se suele considerar como rgimen turbulento al correspondiente a nmeros de Reynolds superiores a 4,000 y de transicin al comprendido entre Reynolds 2,000 y 4,000.

Existen diversas forma de evaluar la cantidad de volumen o masa de un determinado fluido, que pasa por una tubera por unidad de tiempo.

De lo anterior podemos deducir que existen dos tipos principales de medicin de caudal, stas son:

-Caudales Volumtricos. -Caudales de masa o Msicos.

Los volumtricos a su vez se subdividen en:

-. Caudal por Presin Diferencial. -. Turbinas. -. Medidores de Desplazamiento Positivo. -. Rotamtros.

Dentro de la medicin por presin diferencial encontramos los elementos siguientes: - Placa de Orificio - Toberas - Tubo de Venturi - Uniwedge (Taylor) - Tubo de Pitot - Tubo Annubar

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Los cuatro primeros, se basan en el principio que puede demostrarse mediante la ecuacin de Benoulli, para una restriccin en el paso de fluido en una tubera, que cumplir con la siguiente ecuacin general: Q = K * (P1 - P2)1/2

Donde: Q : Caudal de fluido. K : Constante de proporcionalidad. P1: Presin aguas arriba de la restriccin. P2: Presin aguas abajo de la restriccin.

PLACAS DE ORIFICIO

Los diafragmas de orificio concntrico o placas de orificio pueden utilizarse para todo caudal permanente de fluido limpio y homogneo (lquido, gas o vapor) en el campo de caudales turbulentos normales para los cules el nmero de Reynolds alcanza un valor superior a 5.000.

Se han establecido coeficientes para tuberas desde 1" (40 mm) a 14" (350 mm) y nmeros de Reynolds desde 5.000 a 10.000.000.

Con el fin de obtener una buena medida del caudal, la construccin y el empleo de placas de orificio deben responder a las siguientes condiciones esenciales:

- La arista exterior del orificio debe ser viva y neta. No son tolerables defectos mecnicos tales como rebabas, ranuras o salientes.

- El espesor de la placa de orificio debe estar de acuerdo con las prescripciones de la norma ISO 5167, no debiendo sobrepasar: 1/30 del dimetro interior de la tubera (D) 1/8 del dimetro del orificio (d) 1/4 del valor (D - d) / 2

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FIG. 5-A Estas son las condiciones mnimas. Cuando el espesor real del diafragma deba sobrepasar este mnimo, la arista posterior puede ser achaflanada con un ngulo de 45 grados por lo menos, a partir de la cara de la placa o bien fresada al espesor adecuado. Debe instalarse el diafragma siempre de forma que la arista viva quede aguas arriba, no pudiendo ser utilizado para la medida de caudales que fluyan en sentido inverso.

- La placa del diafragma (o placa de orificio), se fija entre bridas y debe ser completamente plana, con una tolerancia de 0,01 mm.

- La relacin de dimetros del orificio y la tubera d/D, habitualmente denominada relacin de apertura , debe estar comprendida, para una medida correcta, entre 0,2 y 0,7. En tuberas grandes (de 4" en adelante), la podra estar comprendida entre 0,1 y 0,75 aunque no es recomendable llegar a estos extremos. Adems, con este tipo de diafragma no se debe medir en tuberas de dimetro inferior a 1" (40 mm), ya que la rugosidad de las paredes interiores puede modificar significativamente los coeficientes caractersticos.

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Los Diafragmas Excntricos son aquellos cuyo orificio est practicado de tal forma que al colocar la placa entre las bridas, quedan en la parte superior o inferior de la tubera. Si se miden fluidos que contengan partculas slidas en suspensin, el orificio se sita en la parte inferior (figura 5C),de esta forma, las partculas slidas que se depositan en la tubera son arrastradas por el fluido en lugar de ir formando depsitos a ambos lados del diafragma. Por otra parte, si se trata de medir lquidos que contengan gases o vapores, el orificio se colocar en las parte superior para que pasen los gases que tendern a circular por arriba (figura 5B).

Al medir caudales de aire o vapor donde se pueden producir pequeas condensaciones, se realiza un pequeo orificio de drenaje en la parte inferior de los diafragmas concntricos, por donde se evacua el condensado sin que la precisin de la medida sea afectada. Generalmente no es necesario utilizar diafragmas excntricos para la medida de la mayor parte de los gases. Se puede realizar as mismo un orificio similar en la parte superior de los diafragmas concntricos, utilizados en la medida de lquidos, con el fin de facilitar el paso de las pequeas burbujas de gas habitualmente creadas por el movimiento del los lquidos. Diafragmas Segmentados Se denominan diafragmas segmentados aqullos cuyo orificio es un segmento circular concntrico con la tubera. Se emplean habitualmente para la medida de lquidos o gases con impurezas no abrasivas (tales como barros ligeros) normalmente ms pesados que el lquido, o de gases excepcionalmente cargados (ver figura 5D).

Dr. Luis Amendola Tomas de Presin

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La presin diferencial generada por la insercin del diafragma en la tubera, se recoge mediante tomas de diversos tipos. El mtodo ms corrientemente utilizado es el de tomas realizadas en las bridas, pero son frecuentes tambin otros tipos de tomas, como en la vena contracta o en la tubera. Tomas en las bridas El orificio de la toma de presin est practicado en las misma bridas de sujecin de la placa de orificio, y se realizan para que su eje est a 1" (25,4 mm) aguas arribas y aguas abajo de la placa, segn se indica en la norma ANSI-B 16.36. El dimetro de la toma oscila entre " y " (6,35 a 12,7 mm), segn la citada norma.

Tomas en la vena contracta Cuando se emplean diafragma estndar siguiendo el mtodo de la vena contracta,se realizan las tomas a distancias mximas de D aguas arriba del diafragma (toma de alta presin) y del punto donde existe la ms baja presin y donde se sita el ms pequeo dimetro de la vena contracta del fluido (toma de baja presin), que se aproxima bastante a D. No pueden utilizarse tomas en vena contracta en tuberas inferiores a 4", como consecuencia de la interferencia que se produce entre la brida y la toma aguas abajo.

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Cuando se utilizan tomas en vena contracta con diafragmas excntricos, es preciso disponerlas a 180 90 grados en relacin al orificio. En el caso de diafragmas segmentados se deben disponer a 180 grados del orificio.

Tomas en la Tubera Cuando se hacen las tomas en la tubera, stas se sitan a 2D antes del orificio (toma de alta presin) y a 8D aguas abajo la toma de baja presin. Este tipo de tomas se utilizan raramente en la actualidad. Tiene la ventaja de que permiten la instalacin de una placa de orificio para medida de caudal donde existan una brida, y rene adems otras caractersticas necesarias, como tramos rectos anterior y posterior, etc. El error probable de la medida con este tipo de tomas es aproximadamente un 50% mayor que con tomas en las bridas y en la vena contracta.

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TOBERA

La tobera es otro tipo de elemento primario. Se trata de un dispositivo con una entrada perfilada por una garganta cilndrica. La toma de alta presin se realiza en la pared de la tubera, a una distancia D de la entrada, mientras que la de baja presin suele colocarse a la salida, donde la seccin del flujo es mnima. Esta toma se realiza directamente en la pared de la tubera y suele estar a D de la placa. Tambin se hacen toberas en ngulo. Por medio de la tobera pueden medirse caudales superiores a 60% en aquellos que se pueden determinar mediante el diafragma o placa orificio, siendo menor la prdida de carga permanente. Su instalacin es muy simple, montndose entre las bridas de la tubera.

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TUBO VENTURI

Este elemento primario de medida se inserta en la tubera como si fuera un tramo de la misma. Puede instalarse en todo tipo de tuberas mediante bridas de conexin adecuadas.

El Venturi tiene una seccin de entrada de dimetro igual al de la conduccin a la cual se conecta. La seccin de entrada conduce hacia un cono de convergencia angular fija, terminando en una garganta de un dimetro ms reducido, fabricada exactamente segn las dimensiones establecidas por el clculo. Dicha garganta comunica con un cono de salida o de descarga con divergencia angular fija, cuyo dimetro final es habitualmente igual al de entrada.

La seccin de entrada est provista de tomas de presin que acaban en un racord anular, cuyo fin es el de uniformar la presin de entrada. Es en este punto donde se conecta a la toma de alta presin del transmisor. La conexin de la toma de baja presin se realiza en la garganta mediante un dispositivo similar. La diferencia entre ambas presiones servir para realizar la determinacin del caudal.

El tubo Venturi puede fabricarse en materiales diversos segn las necesidades de la aplicacin a que se destine. El ms comnmente empleado es el acero al carbono, aunque tambin se utiliza el latn, bronce, acero inoxidable, cemento, y revestimientos de elastmeros para paliar los efectos de la corrosin.

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El Venturi ofrece ciertas ventajas con respecto a otros captadores, como son: 1. Prdida de carga permanente poco elevada, menor que la del diafragma y la de la tobera, gracias a los conos de entrada y salida. Posibilidad de medir caudales superiores a un 60% a los obtenidos por el diafragma para la misma presin diferencial e igual dimetro de tubera. En general, el Venturi requiere un tramo recto de entrada ms corto que otros elementos primarios. Facilidad para la medida de lquidos con slidos en suspensin.

2.

3.

4.

Generalmente los tubos Venturi se utilizan en conducciones de gran dimetro (de 12" en adelante), donde las placas de orificio produciran prdidas de carga muy importantes y no conseguiran una buena medida. Tambin se utilizan en conductores de aire o humos con conductos no cilindricos, en grandes tuberas de cemento, para conduccin de agua, etc. Segn la naturaleza de los fluidos de medida, se requieren modificaciones en la construccin del tubo Venturi: eliminacin de los anillos de ecualizacin; inclusin de registros de limpieza, instalacin de purgas, etc. En el corte transversal se aprecian los anillos circulares que rodean el tubo Venturi en los puntos de medida. Esos anillos huecos conectan el interior del tubo mediante orificios en nmero de cuatro o ms, espaciados uniformemente por la periferia. El fluido, al circular, pasa por estos orificios y por el anillo donde se encuentran los racores que conectan con el transmisor.

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Venturi de Insercin El Venturi de insercin es una versin del elemento primario recin descrito, utilizada en aplicaciones de alta presin. Se mantiene en su lugar entre las bridas mediante una brida suplementaria que hace cuerpo con la tubera y permite eliminar la costosa construccin en materiales especiales que exigira el Venturi estndar para este tipo de servicio. La perdida de carga permanente es ms elevada que la del Venturi estndar, pero inferior a la de la placa orificio.

Tubos de baja prdida

Los tubos de baja prdida que se muestran en las figuras se denominan Venturi corto y constituyen la ms reciente variacin de este tipo de elementos primarios. Al igual que el Venturi clsico, pueden utilizarse para medir caudales de lquidos con partculas en suspensin.

La caracterstica ms notable del Venturi corto es la de producir la menor prdida de carga de todos los captadores de este tipo. Es as mismo de volumen ms reducido, y de hecho, ms fcil de instalar.

Los tubos de baja presin son de construccin bridada,pudiendo fabricarse tanto en fundicin como mediante mecanizacin. Pueden as mismo montarse insertndose en el interior de la tubera. En el caso de construccin bridada, la toma de alta presin se encuentra situada en la propia brida. Los tipos de insercin tienen sus dos tomas en el anillo de fijacin.

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Tubo de baja prdida (venturi corto) completo, con bridas, realizado en fundicin

Tubo de baja prdida, tipo insercin, realizado en material plstico.

Uniformizacin del flujo Los elementos primarios tratados hasta aqu requieren tramos rectos de tuberas antes y despus del elemento deprimgeno, con objeto de que el flujo sea uniforme al llegar al punto donde se produce la prdida de presin y no se vea afectado por accesorios de la tubera tales como: codos, vlvulas, etc.

Los tramos rectos de tubera se expresan normalmente en funcin del dimetro de la misma, oscilando agua arriba entre 10D para de 0,2 y un codo simple T y 62D para dos codos o ms de 90 en planos diferentes y de 0,7. Si se trata de vlvulas puede oscilar entre 18D y 32D para los valores de citados.

Cuando, dada la configuracin de la tubera, no sea posible conseguir los tramos rectos citados, puede recurrirse a introducir en la misma aleta de gua varios tubos juntos, con objeto de uniformar el flujo.

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Tubos de gua soldados tangencialmente

Aletas de Gua.

Instalacin de tubo de gua.

TUBOS DE PITOT El tubo de Pitot utilizado para la medicin de caudal est constituido por dos tubos que detectan la presin en dos puntos distintos de la tubera. Pueden montarse por separado o agrupados dentro de un alojamiento, formando un dispositivo nico. Uno de los tubos mide la presin de impacto (presin dinmica ms presin esttica) en un punto de la vena. El otro mide nicamente la presin esttica, generalmente mediante un orificio practicado en la pared de la conduccin.

Para determinar el lugar de insercin de los tubos, es necesario localizar el punto de mxima velocidad, desplazando el orificio de los mismos a lo largo del dimetro de la tubera. A pesar de que un tubo de Pitot puede calibrase para medir caudal en 0,5%, la distribucin inestable de velocidades puede desencadenar errores importantes. Esto constituye uno de los motivos por lo que estos elementos se

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utilizan sobre todo para la medida de caudal de gases, ya que la var