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Instrumentacin y Control de Procesos

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CENTRO CARRERAS TCNICAS

INSTRUMENTACIN INDUSTRIAL

INTRODUCCIN

Si analizamos nuestras actividades cotidianas, desde el momento que suena la alarma de un

despertador y nos preparamos para desarrollar nuestras actividades diarias, as como encender un

foco o escuchar el encendido o apagado del motor de la bomba, etc., nos auxiliaremos de

instrumentos que nos ayudan a desarrollar ciertas actividades oportunamente con eficiencia,

rapidez, etc.

De igual manera mecnicos, electricistas, mdicos, ingenieros y arquitectos, se auxilian de

instrumentos para llevar a cabo sus actividades diarias, con el objetivo de lograr un avance con la

mayor eficiencia, calidad y volumen de produccin.

Es lgico pensar que para las industrias, sin importar el tamao de estas, es imprescindible el uso de

instrumentos industriales, para facilitar la manufactura de sus productos.

Como consecuencia de la globalizacin de los mercados internacionales, ha obligado a los pases

del tercer mundo a competir en el mercado con productos de calidad, precio y tiempos de entrega

oportunos.

Para lograr lo anterior es importante, que los industriales de nuestro pas, implementen la

instrumentacin y la automatizacin de sus procesos con el avance tecnolgico requerido para

mantenerse en el mercado nacional e internacional si es posible.


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QUE ES LA INSTRUMENTACIN INDUSTRIAL?

Es el conocimiento de la correcta aplicacin de los equipos encaminados para apoyar al usuario en

la medicin, regulacin, observacin, transformacin, ofrecer seguridad, etc., de una variable dada

en un proceso productivo.

Los instrumentos industriales pueden realizar las siguientes funciones:

1. Sensar o captar una variable

2. Acondicionar una variable dada

3. Transmitir una variable

4. Controlar una variable

5. Indicar la magnitud de una variable

6. Totalizar una variable

7. Registrar una variable

8. Convertir una variable

9. Alarmar por magnitud una variable

10. Interrumpir o permitir una secuencia dada

11. Transmitir una seal

12. Amplificar una seal

13. Manipular una variable del proceso

DEFINICIONES PARA EL ANALISIS DE INSTRUMENTOS

Y SISTEMAS DE MEDICIN Y CONTROL

Antes que todo para introducirnos al mundo de la medicin e instrumentacin haremos una pequea

introduccin al control, ya que por lo general el objetivo de toda buena medicin, es obtener un

buen control:

1. VARIABLE: Es cualquier elemento que posee caractersticas dinmicas, estticas, qumica y

fsicas bajo ciertas condiciones, que constantemente se pueden medir.

2. VARIABLE CONTROLADA: Es la variable directa a regular, sobre la que constantemente

estamos pendientes ya que afecta directamente al proceso, es decir, es la que dentro del lazo de

control es captada por el transmisor para originar una seal de retroalimentacin.

3. VARIABLE MANIPULEADA: Es la que se modifica para afectar directamente a la variable

controlada, es la herramienta para modificar la variable directa en el proceso. Es la cantidad que se

encarga de variar los instrumentos finales de control. Es el mensaje del controlador que transmite

modificaciones para lograr lo esperado de la variable controlada.

4. PROCESO: Es un desarrollo que es realizado por un conjunto de elementos cada uno con ciertas

funciones que gradual y progresivamente producen un resultado final.


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5. SISTEMA: Es una combinacin de componentes que actan conjuntamente y cumplen un

objetivo. Como ejemplo, Sistema en donde las vlvulas son utilizadas para manipular el caudal con

el fin de controlar el nivel en los tanques.

6. PERTURBACION: Seal que afecta la respuesta real de un sistema, produciendo un error en la

medida. Como ejemplo, los campos magnticos, la inductancia etc. Depende de la sensibilidad de

los equipos.

7. CONTROL RETROALIMENTADO: Es el que auto corrige las perturbaciones, eliminando los

errores para obtener la salida ideal. Una plancha posee un dispositivo que mantiene la temperatura

deseada, es decir, si se sube la temperatura abre el circuito de alimentacin de las resistencias y si se

baja lo cierra para que calienten. Como ejemplo, Los servo-sistemas son tambin de este tipo, solo

que su salida son elementos mecnicos, un brazo de un robot o una vlvula auto regulada o

piloteada.

8. SISTEMA DE CONTROL DE PROCESO: Es un sistema de regulacin automtico, que

determina la respuesta de la variable, en funcin de virtudes programadas en el sistema.

9. SISTEMA DE CONTROL DE BUCLE O LAZO CERRADO: Es el sistema de control

retroalimentado, donde la seal pasa por el controlador, es comparada y reenviada para establecer el

setpoint o parmetro esperado.

10. SISTEMA DE CONTROL DE BUCLE O LAZO ABIERTO: Es el sistema donde la salida no

tiene efecto sobre la accin del control, no hay comparacin entre el valor medido en la salida

respecto a la entrada, es el camino que sigue la seal sin retroalimentacin. Por ejemplo las

instalaciones de bombillos de navidad que mientras se encienden unas las otras se apagan, todo esto

es controlado en funcin del tiempo sin importar que tanto alumbren los bombillos.

Entre lo concerniente al bucle cerrado es su virtud de usar una seal de retroalimentacin que lo

dispone a estar en constante ajuste evitando relativamente la inestabilidad a perturbaciones externas

ya que para este sistema es de gran importancia el manejo de las desviaciones mientras que para el

abierto no es de tanta incidencia, lo que recomienda que para todo sistema donde se conocen las

entradas y no hay perturbaciones se debe usar el lazo abierto.

11. SISTEMA DE CONTROL ADAPTABLE: Es la capacidad intuitiva de un sistema para decidir

parmetros de auto-ajuste debido a los posibles errores aleatorios y sistemticos que se presenten.

12. SISTEMA DE CONTROL CON APRENDIZAJE: son sistemas donde el operador hace las

veces de controlador y donde da a da se gana experiencia en el manejo de los parmetros

modificables del sistema.

13. INSTRUMENTO: Es un dispositivo que se encarga de interpretar seales proporcionales a la

magnitud de la variable.

14. INSTRUMENTOS CIEGOS: No tienen indicacin visible, son todos aquellos que generalmente

son de manipulacin como interruptores, termostatos, presostatos, vlvulas, transmisores etc. que

solo cumplen con su trabajo sin la necesidad de expresar los cambios graduales de la seal


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15. INSTRUMENTOS INDICADORES: Poseen una escala para expresar la equivalencia de los

datos al operador, pueden ser manmetros, tensimetros, entre otros. Pueden ser concntricos,

excntricos y digitales.

16. INSTRUMENTOS REGISTRADORES: Expresan la seal con trazos continuos o puntos.

17. ELEMENTO FINAL DE CONTROL: Es el instrumento que recibe las seales del sistema

tomadas por el controlador y las ejecuta directamente sobre la variable controlada.

18. ELEMENTO PRIMARIO DE MEDIDA: Es el instrumento que esta en contacto directo con la

variable y dispuesto a transmitir cualquier transformacin de energa en el medio.

19. RANGO: Es el campo de medida para cualquier numero de valores que siempre deben estar

entre un limite superior e inferior segn las especificaciones del instrumento.

20. ALCANCE: Es la diferencia entre los lmites superior e inferior del rango, es lo equivalente al

rea de operacin.

21. ELEVACION DE CERO: Es la cantidad con que el valor cero de la variable supera al valor

inferior del campo de medida.

22. SUPRESION DE CERO: Es la cantidad de desfase que hay por debajo del valor inferior del

rango.

23. SENSIBILIDAD: Es el mnimo cambio al que el instrumento censa y puede expresar.

24. ZONA MUERTA: Son aquellas donde la sensibilidad del instrumento es nula lo que hace que

no cambie su indicacin y seal de salida.

En el valor cero de la variable marca 3 psi, y en el valor al 100% de la variable marca 15psi. Luego

la supresin de cero est entre 0 y 3psi y la elevacin de cero est entre 3 y 4psi. La zona muerta es

equivalente 7psi -+1%.

25. ERROR: Es la diferencia entre el valor ledo del instrumento y el valor real de la variable.

26. PRECISION: Grado de reproductibilidad de las mediciones.

27. EXACTITUD: Cuando la lectura se acerca al valor real de la variable.

28. HISTERESIS: Algunos instrumentos presentan un fenmeno de descompensacin que existe

cuando se hace una comparacin entre la variacin de una misma medida tanto a nivel descenderte

como ascendente, que en realidad debera de tener el mismo recorrido. Se expresa en porcentaje,

por ejemplo si un manmetro de 0-100% la presin real es de 18 psig y la lectura en el indicador

marca 18.2 psig al ir del cero al 100% de la variable y cuando se encuentra la variable en 18 al

desplazarse del cien al 0% el valor indicado es 17.7 la histresis se calculara as: (18.2 - 17.7/100 -

0) * 100 =+- 0.5 %

29. FIABILIDAD: Es la probabilidad de que el instrumento permanezca en ciertos lmites de error.


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30. TRAZABILIDAD: Propiedad del resultado de las mediciones efectuadas con un instrumento o

con un patrn, tal que puede relacionarse con patrones preestablecidos, mediante una cadena

ininterrumpida de comparaciones con todas las incertidumbres determinadas.

31. RUIDO: seales impuras que afectan a las diferentes seales del sistema de medicin.

32. RESOLUCION: Es la de visualizacin a escala del instrumento.

33. LINEABILIDAD: Es la proporcionalidad directa y libre de errores con equivalencias de alta

calibracin.

34. ESTABILIDAD: son los instrumentos de alta calidad, que tienen una probabilidad de tener una

larga vida til.

35. TEMPERATURA DE SERVICIO: Son las temperaturas de trabajo del instrumento.

36. REPRODUCTIBILIDAD: Reproduccin de una medida cuando la variable se encuentra en un

parmetro constante.

37. REPETIBILIDAD: Especifica la habilidad del instrumento para entregar la misma lectura en

aplicaciones repetidas del mismo valor de la variable medida. As, por ejemplo, si a una misma

presin de 25 psig., un manmetro de precisin de 1 psi., entrega las lecturas de 25,5; 26; 24,3; y 24

psig. su operacin es repetible; una lectura de 27 psig. Indicara un problema de repetitividad del

instrumento (a menos que conste que fuese un problema de histresis).

38. TRANSMISOR: Capta la seal del elemento primario de medida y la transmite a distancia en

forma elctrica, neumtica, hidrulica, mecnica y ultrasnica.

39. TRANSDUCTOR: Dispositivo que recibe una o varias seales provenientes de la variable

medida y pueden modificarla o no en otra seal.

40. CONVERTIDOR: Es el que se encarga de modificar la seal de entrada y la entrega en una

seal de salida estndar.

41. SEAL: Salida que emana del instrumento. Informacin representativa de un valor

cuantificado.

42. SEAL ANALOGA: Es una funcin continua de la variable medida.

43. SEAL DIGITAL: Representa la magnitud de las variables medidas en forma de una serie de

cantidades discretas codificadas en un sistema de notacin.

44. SET POINT: Punto en que una seal se establece bajo ciertos parmetros deseados. Es un punto

de consigna para valor de la seal de la variable.


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INSTRUMENTOS DE PROCESO

Para manejar (operar) una planta es necesario conocer el valor de las propiedades en proceso,

utilizar esta informacin para diagnosticar la mejor forma de operar el proceso y disponer de medios

de modificar el proceso en el grado deseado. Esta secuencia:

1. Medir;

2. Decidir;

3. Actuar.

Es vlida desde el manejo de una sola variable o propiedad (por ejemplo, para obtener un cierto

flujo es necesario medirlo, compararlo con el flujo deseado y manejar una vlvula o una bomba a

fin de satisfacer el requerimiento) hasta una planta completa donde la medicin de una propiedad en

el producto terminado puede implicar acciones sobre operaciones al inicio de la lnea de proceso.

Dado que la seleccin de las variables a medir y sobre las que actuar es un aspecto emprico, se

deber disponer de una batera de conocimientos desagregados desde donde realizar la seleccin de

instrumentos. Se entiende por instrumento tanto los sistemas de medicin (sensores) como los de

manipulacin (actuadores: motores, bombas, vlvulas, agitadores, etc.).

Clasificar los Instrumentos Industriales

Implica entrar a un tema muy amplio, ya que se requiere un conocimiento tanto terico como

prctico en la aplicacin industrial de estos equipos.

De acuerdo a la experiencia se tratar de hacer algunas clasificaciones en forma breve y lo ms

explicito posible para el lector:

Por su aplicacin:

Neumticos

Hidrulicos

Elctricos

Electrnicos

Electromecnicos

Mixtos

Transductores

Amplificadores

Indicadores

Analizadores

Estacin de operador

Estacin de control

Estacin de transferencia

Relevador de clculo.


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Por su localizacin:

Instalados en campo

Instalados localmente

Instalados en tablero principal

Instalados remotamente.

Por su tecnologa:

Sistemas discretos

Sistemas de control digital directo

Sistemas de supervisin

Sistemas de control supervisor

Sistemas de control supervisor y adquisicin de datos

Sistemas de control distribuido

Sistemas de control avanzado

Sistemas de control adaptables

Sistemas expertos.

CARACTERSTICAS DE LOS INSTRUMENTOS

EL SENSOR O CAPTOR:

Este es el instrumento capaz de captar las variaciones de las magnitudes o intensidades de las

variables, tales como:

Temperatura

Nivel

Flujo

Presin

Conductividad

PH

Tensin elctrica

Potencia elctrica

Revoluciones por minuto

Posicin

Intensidad de radiacin

Turbidez

Intensidad luminosa

Consistencia.

Este instrumento puede estar como elemento unitario o integrado a un transmisor segn sea el tipo

de aplicacin.


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INSTRUMENTOS ACTIVOS - PASIVOS.

Instrumento Activo

Un ejemplo es un indicador de nivel de un tanque como se muestra en la figura.

El cambio de nivel en el tanque mueve el brazo de un potencimetro y la seal de salida consiste en

una proporcin de la fuente de voltaje externo aplicado en las terminales del potencimetro.

Instrumento Pasivo

En este ejemplo es un dispositivo de medicin de presin,

la presin del fluido se traduce en movimiento de un

apuntador contra una escala. La energa gastada

moviendo el apuntador es derivada del cambio de presin

medida, no hay otras entradas de energa al sistema.


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Sensores y Transductores

Se llama sensor al instrumento que produce una seal, usualmente elctrica (antao se utilizaban

seales hidrulicas), que refleja el valor de una propiedad, mediante alguna correlacin definida (su

ganancia).

En trminos estrictos, un sensor es un instrumento que no altera la propiedad sensada. Por ejemplo,

un sensor de temperatura sera un instrumento tal que no agrega ni cede calor a la masa sensada, es

decir, en concreto, sera un instrumento de masa cero o que no contacta la masa a

la que se debe medir la temperatura (un termmetro de radiacin infrarroja, p.e.)

Existe, adems, el concepto estricto de transductor: un instrumento que convierte

una forma de energa en otra (o una propiedad en otra). Por ejemplo, un generador

elctrico en una cada de agua es un conocido transductor de energa cintica de un

fluido en energa elctrica; sobre esta base se podra pensar, por ejemplo, en un

transductor de flujo a seal elctrica consistente de un pequeo generador a paletas

movilizado por el caudal a medir. Los transductores siempre retiran algo de

energa desde la propiedad medida, de modo que al usarlo para obtener la

cuantificacin de una propiedad en un proceso, se debe verificar que la prdida no

impacte al proceso sensado en alguna magnitud importante.

Para ilustrar la diferencia entre sensores y transductores se discutir un transductor

y un sensor de velocidad de giro de un eje, utilizado tpicamente para manejar el

grado de mezcla de un reactor en el que cambian las propiedades reolgicas de un

fluido no newtoniano. Para medir el grado de agitacin se utilizan correlaciones

que indican, finalmente, que el mezclado es funcin de la velocidad angular del eje de impulsin

(adems del tipo de aspa, del radio, la profundidad, etc.). Para medir la velocidad angular del eje se

utilizan tacmetros: instrumentos para medir frecuencia angular de rotacin (es decir, nmero de

vueltas en una unidad de tiempo, usualmente expresado en revoluciones por minuto o RPM).

Tal como indica la figura, el giro del eje puede ser utilizado para mover un generador de corriente

continua y la medicin del potencial generado ser una medicin de la frecuencia de giro. En este

caso, la energa cintica del eje de agitacin es acoplada a un transductor (el generador de corriente

continua) que transduce su frecuencia de giro a un voltaje medible. La propiedad se mide,

finalmente, como un voltaje o potencial voltaico. El generador elctrico necesita, obviamente, una

potencia que lo moviliza; esta potencia ser provista por el eje del agitador y, por ende, le reducir

la potencia al fluido que se debe agitar. Por pequea que sea la potencia absorbida por el

transductor, esta existe y es de alguna magnitud finita.

Alternativamente, se puede utilizar un sensor consistente de una fuente de luz y un sensor luminoso.

Bastar oscurecer un segmento del eje y hacer reflectante su complemento para obtener una seal de

frecuencia en el sensor luminoso. Esta seal de frecuencia puede ser medida directamente por un

medidor de frecuencia o rectificada para ser medida como voltaje. El punto importante es que en

lugar de utilizar la energa del eje se utiliza un sistema que tiene su propia fuente de energa (en la

forma de luz). Este segundo sistema, que no absorbe energa ni potencia de la propiedad a medir es

un sensor en sentido estricto. Debe resultar evidente para el alumno que el primer sistema

(generador adosado al eje) debe frenar, en algn grado, el eje para poder generar la seal

proporcional a la velocidad de giro del eje.


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En el terreno de la instrumentacin y control se habla de sensores, para englobar tanto transductores

como sensores, dndose por sentado que cuando se utilizan transductores, la potencia que se

absorber ser mnima. Es decir, es responsabilidad del diseador asegurar que la medicin de una

propiedad no altere el proceso.

Sensores comunes para Temperatura

Termocuplas

En el ao 1821, Seebeck not que al juntar dos conductores de metales distintos, de manera que se

forme un circuito elctrico cerrado, flua una corriente elctrica que dependa de la diferencia de

temperatura entre las junturas.

La figura despliega una "termocupla" donde los cables metlicos A y B son distintos (alambres de

cobre y de constantan, por ejemplo) y T1 y T2 son dos temperaturas distintas; la letra "i" representa

la corriente que fluye (en la direccin indicada por las flechas) cuando T1 < T2. En tal caso el metal

A se dice termoelctricamente positivo respecto del metal B. El estudiante recordar el fenmeno,

como propiedad de los metales, de modo que ahorraremos aqu las explicaciones del principio de

funcionamiento de una termocupla y bastar destacar que es gracias a las propiedades

fundamentales de los metales que se puede construir una termocupla.

A pesar de lo anterior, es importante destacar que las termocuplas funcionan con un punto fro y

otro caliente. La "juntura fra" suele ser parte del instrumento amplificador, asunto que debe ser

verificado al seleccionar equipos.

Existen varios tipos de termocupla, puesto que cualquier par de metales conformara un tipo

determinado. Sin embargo, la emprica ha llevado al uso de ciertos tipos estandarizados, a los que se

les cita por una letra (las ms tpicas son las tipo J, K y T). Cada tipo difiere en el material de los

metales A y B. Al diferir los materiales de construccin difieren los rangos de trabajo, el voltaje

generado por unidad de grado y la mxima temperatura til (antes que se funda).

Por su naturaleza, las termocuplas presentan una resistencia prcticamente nula y su capacidad de

generar potencia es muy dbil. El amplificador a utilizar debe solicitar el mnimo posible de

corriente desde la termocupla.


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Termmetros por Resistencia Elctrica de Metales

La resistencia de los metales es funcin de la temperatura a que se encuentran. Para los metales

preciosos, la dependencia de la resistencia elctrica con la temperatura es prcticamente lineal,

dentro de rangos ms bien amplios. En particular, los estndares de sensores de temperatura para

instrumentacin ms tradicionales se basan en la resistividad del platino, en el sensor conocido

como "PT100". La precisin de estos instrumentos puede llegar a la centsima de grado centgrado.

En particular, el estndar britnico BS 1904 Industrial platinum resistance thermometer elements,

provee detalles constructivos y caractersticas elctricas para este tipo de termmetro, en el rango

desde -220C a 1.050C (si bien no se les suele utilizar ms all de unos 700C). El elemento ms

tpico tiene una resistencia de 100 a 0C (de all el nombre: PT100) y su resistencia cambia a

10,45 a -220C; 138,50 a 100C y 446,3 a 1.050C (se podr observar que no es

estrictamente lineal). La forma de la relacin entre temperatura y resistencia (segn el BS 1904) es:

donde T es la temperatura del elemento, R(T) su resistividad, R(T=T0) la resistencia a 100C, X1 un

coeficiente de ajuste de valor 3,901X10-3 y X2 otro parmetro de ajuste de valor 1,4923. Se

observa que la correccin se debe, precisamente, a la no linealidad de la relacin de la resistencia

del elemento con temperatura. Se denominar ganancia del sensor a este tipo de correlaciones.

Termistores

Los termistores aprovechan, al igual que el ya visto PT-100, la dependencia que presenta la

resistencia elctrica de cualquier material conductor con la temperatura. La sensibilidad a la

temperatura se ha exacerbado gracias a la utilizacin de materiales semiconductores,

especficamente diseados para que su resistencia dependa agudamente de la temperatura

del elemento. Existen termistores de coeficiente positivo (su resistencia aumenta con la

temperatura) o negativo, siendo este ltimo ms tpico y de bajo costo.

En los termistores se observan relaciones de la resistencia con la temperatura que no son

lineales, sino ms bien de carcter exponencial. Para termistores comerciales comunes, la

relacin es del tipo

donde "R(T)" es la resistencia (en ohms, abreviado por la letra griega ) observada a temperatura "T", la que depende de un primer parmetro dado por la resistencia a una temperatura conocida

"R(T=T0)", tpicamente 25C, y de un segundo parmetro de ajuste "x". Como caso ejemplo, "x"

valdr del orden 4.000 y R(T=25C) valdr del orden 800 .


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En ambos casos (PT100 y termistores), dado que se mide resistencia, se debe cuidar, en primer

lugar, que la resistencia de los cables de conexin (que tambin cambia con la temperatura) no

incida sobre la medicin y, en segundo lugar, que la corriente que circule por el elemento para

medir su resistencia sea lo suficientemente pequea como para calentar slo mnimamente el propio

sensor. A ese fin se utilizan sistemas de compensacin que incorporan cables idnticos pero sin el

sensor, en el brazo adyacente de un puente de Wheaston, amn de circular una corriente nula por el

sensor.

Generador de corriente en funcin de la Temperatura

Se han desarrollado ms recientemente (1992) circuitos integrados (por ejemplo, el LM35A) que se

comportan como una fuente de corriente en funcin de la temperatura. El artefacto es lineal en todo

su rango de operacin (desde 0K hasta que se funde, en el orden de los 150C) y genera,

sistemticamente, 10-6 A/K (si bien existen versiones que generan 10-6 A/C y 10-6 A/F). Este

pequeo circuito integrado ofrece excelentes posibilidades de utilizacin, porque la transmisin de

corriente significa la independencia de la resistencia elctrica de los conductores utilizados para su

conexin, si bien el artefacto incrementa su propia temperatura en algunas centsimas de grado

centgrado.

Pirmetros

Cabe, naturalmente, preguntarse cmo medir la temperatura en equipos de proceso cuya

temperatura exceda la de fusin del elemento sensor (por ejemplo, hornos de fundicin de metales).

En tal caso, se recurre a los pirmetros pticos. Estos sensores se basan en la radiacin de cuerpos

negros y contienen en su interior un filamento que debe poder alcanzar la misma temperatura del

cuerpo medido (al menos). Al dirigir el pirmetro al cuerpo caliente, se observa un filamento (fro)

que destaca contra la radiacin del objeto observado. El filamento recibe potencia y se calienta

hasta que "desaparece" del campo visual. En ese momento la temperatura del filamento y del cuerpo

radiante son la misma. Si se grada el control de potencia (una perilla) en los grados Kelvin del

filamento a una u otra posicin, se podr leer la temperatura en esta escala. En el caso de pirmetros

automticos, la temperatura se conoce por el voltaje y corriente (es decir, potencia) que se aplica al

filamento cuando las radiaciones son iguales. (en el caso de cuerpos que viajan a alta velocidad se

debe corregir su efecto Doppler).

Pirmetros de baja temperatura

Gracias a los grandes avances en microelectrnica y en sensibilidad instrumental, se comercializan

comnmente termmetros sin contacto, basados tambin en la radiacin infrarroja de los cuerpos

segn su temperatura. Este tipo de termmetros son muy tiles para medir la temperatura de

sistemas en movimiento (por ejemplo un rodamiento) en los que no se podra instalar un

termmetro que requiera equilibrio trmico. La precisin actual (1999) de estos termmetros es del

orden del grado centgrado, lo que podra limitar sus aplicaciones.


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Mediciones de Potencial

Electrodo de medicin de Potencial de xido Reduccin (Eh)

Una reaccin de xido reduccin es aquella que implique intercambio de electrones entre especies

atmicas (i.e. se producen cambios de valencia). Estas reacciones producen potenciales (voltajes)

medibles y predecibles; como es sabido, las concentraciones relativas de las especies oxidantes y

reductoras puede ser medida al determinar el potencial. La medicin se puede realizar insertando en

la solucin un electrodo conductor no reactivo (Pt, Au, etc.) y un electrodo de referencia; la fuerza

electromotriz establecida entre estos dos electrodos (medido con una mnima o nula circulacin de

corriente) es una funcin del potencial de xido reduccin (POR o Eh). Esta medicin es la

diferencia de los voltajes establecidos en cada electrodo y si la referencia fuese un electrodo de

hidrgeno gaseoso, la medicin arrojara, precisamente, el potencial de xido reduccin real de la

solucin (porque hemos establecido, por convencin, que el potencial del electrodo de hidrgeno

gaseoso es, precisamente, cero y establece la escala de medicin).

Como el uso de electrodos de hidrgeno gaseoso es dificultoso y caro, se utilizan electrodos de

referencia slidos y bastar corregir el potencial medido mediante el potencial de la referencia (una

simple resta). La prctica comn es utilizar electrodos de referencia de "plata/cloruro de plata" o de

"calomel".

Existen dos convenciones para la polaridad de la medicin del Eh. La convencin americana

considera el potencial de la solucin que rodea al electrodo noble, mientras que la convencin

europea considera el potencial del electrodo noble (que es numricamente idntico pero de signo

inverso). La gran mayora de los instrumentos de medicin de Eh utilizan la convencin europea.

Damos por sabido que los valores de Eh de muy diversas soluciones se encuentran ampliamente

reportados en la literatura. Slo es necesario enfatizar que tales tabulaciones se basan en referencia

a un electrodo de hidrgeno, a 25C y 1 atm., y deben ser corregidas por el Eh del electrodo de

referencia, la temperatura y la presin de operacin que se utilice en la aplicacin prctica.

La forma general de la ecuacin de Nernst, especifica que el Eh que se observe, en volts, ser una

funcin estricta de las actividades relativas de especies oxidantes y reductoras:

Donde R es la constante universal de los gases, T es la temperatura de la solucin, F es la constante

de Faraday, n es el nmero de electrones de la reaccin de OR, ESTD es el potencial estndar de la

reaccin, y E es el potencial de la reaccin observada. Puede ser til recordar que, en condiciones

estndar, RT/F=0,0591.

De Nernst sabemos que el potencial puede ser predicho, a partir de las actividades de las especies

oxidantes y reductoras, pues el potencial depende de sus actividades relativas. Es ms interesante,

sin embargo, notar que la medicin permite conocer la relacin entre ellas, en el proceso de OR.


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Verificacin de la Calibracin de Electrodos de Eh

Como cualquier otro mtodo instrumental, los sistemas de medicin de Eh deben ser calibrados

contra soluciones de potencial conocido. Cualquier solucin servira, en tanto se prepare de acuerdo

a una relacin definida de especies oxidantes a reductoras. El problema resulta de la diferencia entre

concentraciones y actividades. Se debe destacar que, de acuerdo a Nernst, el potencial observado no

requiere de ninguna calibracin. Sin embargo, las limitaciones tpicas de los mtodos instrumentales

rigen tambin para la medicin de Eh (superficie del electrodo activo se ensucia, electrodo de

referencia se envenena, el amplificador ha variado su ganancia en el tiempo, etc.), de modo que es

necesario asegurar las calidad de la medicin.

La "reaccin conocida" ms tpica que se utiliza para calibrar o verificar sistemas instrumentales de

medicin de Eh se basa en una solucin de quinhidrona, preparada en soluciones tampn a distintos

pH. El electrodo se deposita en una solucin tampn a pH 4 en el que se han disuelto algunos

gramos de quinhidrona (1 gr./L, p.e.) y se verifica la lectura de Eh. Es deseable constatar un

segundo punto, amn de observar el comportamiento dinmico, mediante la posterior insercin del

electrodo en un tampn a pH 7 que tambin contenga quinhidrona. La tabla de abajo especifica los

potenciales que debern leerse. El estudiante observar que los potenciales dependen de la

temperatura (tal y como la ecuacin de Nernst describe), del pH (debido a la actividad de protones,

que son especies inicas positivas) y al tipo de electrodo de referencia (puesto que cada referencia

tiene su propio potencial respecto del Hidrgeno molecular, H2, que conforma el cero de la

referencia de la escala de potenciales electroqumicos).

Potenciales electroqumicos de soluciones de quinhidrona

pH = 4 pH = 7

Electrodo 20C 25C 30C 20C 25C 30C

Hidrgeno 470 462 454 295 285 275

Calomel 223 218 213 47 41 34

Ag/AgCl 268 263 258 92 86 79

Aplicaciones de la medicin instrumental de Eh

Aparte de las aplicaciones evidentes que el propio estudiante puede pensar, se suelen utilizar

electrodos de Eh en el monitoreo y control de la oxidacin de cianuro; en la reduccin de cromato

(tpicamente de potasio); flujo de soluciones de cloruro; etc.

Como se ha mencionado, los electrodos de Eh sirven de base para la medicin de concentracin

(actividad, en realidad) de iones especficos en solucin, con tan slo limitar el paso de iones hacia

el electrodo. Una de las principales aplicaciones ha sido el electrodo de pH (que se discute en

detalle ms adelante) y, posteriormente, se fabrican electrodos para sodio, potasio, cobre(II),

cloruro, sulfito, sulfuro, etc.


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Electrodo para la medicin de actividad de H+ (pH)

El sistema actual (histricamente) de medicin de pH es, por excelencia, el electrodo de

combinacin. Su nombre deriva de la prctica inicial en que el electrodo sensor de H+ estaba

separado del electrodo de referencia; la combinacin de ambos en una sola estructura llev a su

nombre actual. Sin embargo, la prctica industrial sigue utilizando electrodos de referencia y de pH

separados, porque permite seales ms confiables y procedimientos de mantencin que, en ciertos

casos, resultan ms controlables y de menor costo.

Estos electrodos son, en realidad, sistemas para medicin electroqumica del potencial de

hidrgeno, si bien comnmente se les llama electrodos de pH.

Nomenclatura

El agua y las soluciones acuosas, se pueden considerar consistentes de partculas cargadas (iones) y

partculas no cargadas (molculas). Los iones pueden ser positivos o negativos. En cualquier caso,

es sabido que las cargas positivas y negativas deben estar en igual cantidad, de modo que la

solucin no presente carga neta.

El agua pura se disocia en hidrgeno ionizado (protones H+) e hidroxilos (OH

-) y el hidrgeno vara

normalmente en concentraciones que van desde 1,0 molar hasta 10-14

molar. Naturalmente, es ms

fcil referirse al logaritmo base diez de tales concentraciones, generando as la escala "pH", donde

"p" significa potencial y se expresa como el inverso aditivo (es decir, menos) del logaritmo base

diez de una concentracin molar; en este caso de hidrgeno ionizado, es decir, se refiere a la

actividad del hidrgeno. Se debe enfatizar, en este punto, que no se debe confundir la

concentracin de iones hidrgeno con la acidez de una solucin, la que est dada por la

concentracin molar de protones, mientras que el pH est dado slo por su actividad.

En el ao 1909, Sorenson propuso la utilizacin de la escala de pH en lugar de la concentracin

(actividad, en realidad) de hidrgeno. Propuso la expresin "potencial de hidrgeno" que se deba

expresar: pH = -log([H+]).

El pH de una solucin se deba determinar midiendo el potencial de una celda voltaica, conformada

por dos alambres de platino, uno inmerso en la solucin a pH desconocido y el otro en una solucin

a pH conocido y con las dos soluciones conectadas mediante un puente salino convencional y con

gas hidrgeno en ambos electrodos (los alambres son los electrodos) a un presin conocida. El

voltaje de tal celda, de modo similar a cualquier celda voltaica estndar, ser dado por la ecuacin

de Nernst:

donde el subndice C se refiere a la celda de concentracin conocida mientras que el sub ndice M a

la muestra de pH desconocido. Los parntesis cuadrados indican actividad molar. Obviamente, si

las actividades de H+ y de H2 en la celda de composicin conocida (es decir sub "C") fuesen

unitarias, se estara trabajando con el electrodo estndar de hidrgeno, as que el primer trmino de


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la ecuacin se hace cero. Adems, si la presin del hidrgeno gaseoso fuese 1 atmsfera, el

denominador del trmino bajo logaritmo sera 1 y el potencial es solamente dependiente de la

concentracin de hidrgeno ionizado en la celda que contiene la muestra. As:

es decir:

que es una expresin til para medir acidez. El estudiante sagaz observar que la utilizacin de

logaritmos en lugar de molaridades permite obtener una ganancia (correlacin entre estmulo y

respuesta del sensor) de carcter lineal.

Naturalmente, dado que la constante de ionizacin del agua es 10-7

, se podr medir tambin la

actividad del ion hidroxilo.

Hoy en da, el electrodo de pH se ha estandarizado hasta lograr sistemas simplificados en que la

referencia puede ser dada por un electrodo de mercurio (en la forma de calomelano) y el electrodo

activo se encuentra dentro de un vidrio polarizable.

Los electrodos de pH se construyen, usualmente, en vidrio si bien ya se los encuentra con cuerpo de

plstico pero el electrodo activo sigue siendo de vidrio. Los electrodos de vidrio se construyen con

dos tipos de vidrio distintos.

La varilla de soporte del electrodo es de vidrio comn (o plstico), no conductor de cargas elctricas

mientras que el bulbo sensible, al extremo sensible del electrodo, se construye con un vidrio de

formulacin especial, conocido como "vidrio sensible al pH" (en realidad, es vidrio polarizable). El

vidrio de pH es conductor de cargas elctricas porque tiene xido de litio dentro del cristal, adems

de xido de slice, de calcio y algunos otros. Segn se puede observar en la figura 16, la estructura

del vidrio es tal que permite el intercambio de iones litio por iones de hidrgeno en solucin acuosa,

de modo que se forma una capa (fina) hidratada. Se crea as un potencial (del orden milivolts) a

travs de la interface creada entre el vidrio (en el "seno" del vidrio) y la solucin acuosa. El voltaje

creado hacia el interior del bulbo es constante porque se mantiene su pH constante (mediante una

solucin tampn de pH 7) de modo que la diferencia de potencial depende slo del pH del medio

externo. La incorporacin de un alambre (usualmente de Ag/AgCl) permite conducir este potencial

hasta un amplificador (conocido como el "p-achmetro").


17


Figura 16. Detalle de un electrodo de pH

Interferencias

En la prctica, el electrodo de pH es un sensor de iones positivos en solucin, capaces de producir

un intercambio inico con el litio del vidrio. En general, el electrodo resulta extremadamente

selectivo para iones hidrgeno pero puede ser interferido, en principio, por cualquier otro. La

magnitud de la interferencia depende del tamao (radio atmico) del ion. En este sentido, se pueden

observar interferencias por litio, sodio y potasio; pero, el potasio ionizado ya es suficientemente

grande como para no interferir significativamente; por otra parte, no es usual trabajar con soluciones

que contengan litio. As, el interferente principal resulta ser el sodio.

La interferencia por otros iones, en particular sodio, se expresa cuando la actividad de iones de

hidrgeno es muy baja, por ejemplo, a concentraciones de 10-12

(i.e. pH 12, soluciones alcalinas) o

menos (tambin se podra decir pH mayor). Adems, la frmula especfica del vidrio sensible hace

variar la sensibilidad al sodio. El efecto del sodio es que la lectura obtenida indica un valor de pH

mayor (es decir, se lee mayor alcalinidad que la que efectivamente existe) que el de la solucin,

porque los iones sodio ocupan sitios de intercambio, impidiendo que "se vea" (se suele decir

"enmascarando") el hidrgeno ionizado de la solucin.

Si bien no existen electrodos de vidrio insensibles al sodio, si es posible encontrar electrodos que no

presenten fenmenos de "memoria" de sodio (es decir que quedan con iones de sodio impregnados

al bulbo de vidrio por mucho tiempo) y ser tarea del diseador discriminar el tipo de electrodo que

especifica en un diseo.


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Riesgos en la aplicacin

Naturalmente, la utilizacin de un electrodo de vidrio en soluciones que reaccionan con vidrio

significar que las propiedades del vidrio sensible cambien y, por lo tanto, que el potencial generado

no refleje el pH despus de un tiempo de utilizacin. Tal es el caso, por ejemplo, de la medicin de

pH de soluciones de cido fluorhdrico. En estos casos se debe recurrir a electrodos de antimonio.

Similarmente, la temperatura debe ser considerada con cierto cuidado. La mayora de los

amplificadores para electrodos de pH tienen la posibilidad de corregir las desviaciones debidas a la

temperatura, ya que la ecuacin de Nernst es dependiente de T (a travs del trmino RT/F). Sin

embargo, un proceso a temperatura constante podra no requerir correccin en el electrodo y, ms

bien, ser calibrado con soluciones tampn a la temperatura de proceso; como puede ser difcil

conseguir que las soluciones tampn (que estn fuera del proceso) estn a la misma temperatura que

el proceso suele ser preferible incorporar la correccin de temperatura como aditamento estndar.

En tales casos, se debe especificar que el sistema sensor tenga un sensor de temperatura incorporado

y que el amplificador incorpore la compensacin del efecto de la temperatura sobre la medicin.

La evaluacin de la ecuacin de Nernst a cualquier pH para soluciones acuosas, arroja un potencial

de 59,2 mV por unidad de pH (a 25C). Sin embargo, por caractersticas de fabricacin, los

electrodos presentan un "potencial de asimetra" que implica que no se obtienen 0 volts en pH 7,00

(a pH 7.00, [H+] = [OH

-] de modo que el potencial debera ser cero). Tampoco es el caso que un

electrodo entregue la misma respuesta a lo largo de su vida; incluso tenues modificaciones de la

calidad de la superficie de la membrana de vidrio hacen que la respuesta est en torno a la terica

pero no exactamente. De all que los electrodos de pH requieren de un amplificador con ajuste de

cero y ajuste de pendiente. En comn con muchos otros instrumentos, los ajustes de cero y de

pendiente permiten la "calibracin" del instrumento.

La impedancia de los electrodos de pH es del orden de los 1,5 M . Un amplificador para tal

electrodo debiera tener una impedancia de, al menos, unos 100 M , valor tpico de los llamados

"peachmetros" (traduccin de pH-meter). Por comparacin, un tester (o multmetro) moderno tiene

una impedancia de entrada de 11 M , de modo que es tambin posible utilizar un voltmetro

moderno en conjunto con grficas de calibracin (si bien esta sera una prctica poco aconsejable de

utilizar con operadores de planta).

Los peachmetros suelen proveer una funcin de milivoltmetro para utilizarlos con electrodos de

medicin de potencial electroqumico en general (potencial REDOX o, simplemente, Eh). Ya se ha

destacado que la medicin de pH es una medicin electroqumica particular, y se debe destacar que

existen cada da ms electrodos que se basan en principios electroqumicos, con tan slo disponer

de membranas que aslen la actividad de las especies que no se desean medir. Adems, el propio

potencial de Nernst (conocido como el Potencial de Oxido Reduccin) es una variable de procesos

que se mide con bastante frecuencia.

Al igual que con muchos otros sistemas sensores, la medicin deber ser "ruidosa", es decir,

moverse permanentemente en torno a un valor central, debido a la actividad de los protones en

solucin a la temperatura del caso.

El ruido de una medicin puede ser visto como una propiedad til para la mantencin y las

garantas de calidad. Por ejemplo, si un sistema sensor de pH indica exactamente el mismo valor


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numrico durante un tiempo (por ejemplo un minuto), es decir si la desviacin estndar de la

medicin fuese cero (o muy baja), se puede deducir que el sistema sensor no est funcionando y se

deber reemplazar el electrodo o el amplificador del caso. Esta nocin permite desarrollar una

estrategia precisa de vigilancia de la calidad de los sistemas sensores en una planta, a travs de

memorizar las caractersticas del ruido en un computador.

En el caso especfico de los electrodos de pH, no es creble una medicin con mayor precisin que

unas 0,2 unidades de pH, al menos mediante electrodos hasta hoy conocidos.

Calibracin de electrodos de pH

Los electrodos de pH, segn se mencion antes, entregan un potencial elctrico que es

perfectamente comprensible en trminos tericos. An as, se destac que el potencial se ve

afectado por imperfecciones del vidrio sensible (que se polariza o se ensucia) o por contaminacin

del puente salino, como factores principales; ambos problemas producen un pequeo potencial fijo

(positivo o negativo) que se suma al potencial de hidrgeno que se desea medir. De all que el

amplificador (el peachmetro) debe incorporar una regulacin del cero, que permita compensar el

potencial que se pudiese generar en el electrodo en pH 7 (es decir, cuando [H+] = [OH

-]). Para

mediciones precisas es necesario, adems, que el peachmetro incorpore un mecanismo de

modificacin de la ganancia.

Un peachmetro de alta calidad tiene, entonces, dos controles (que pueden ser perillas o sistemas

automticos) que permiten ajustar la lectura adecuada a pH 7 y a otro valor algunas unidades

alejadas de 7 (tpicamente pH 4 o 10). Otros instrumentos, de menor calidad, tienen slo un

mecanismo de ajuste de la lectura a pH 7.

El procedimiento de calibracin consiste en enfrentar el electrodo a una solucin a pH 7 y utilizar el

mecanismo de ajuste de 7,00. Naturalmente, si no se dispone de compensacin trmica automtica,

se debe operar a la temperatura de trabajo o se debe indicar al instrumento la temperatura de la

solucin. Se debe asegurar que el electrodo est en equilibrio con la solucin (tampn o buffer),

recurriendo a lecturas espaciadas cada medio minuto (i.e. si tres lecturas espaciadas medio minuto

coinciden, se dar por equilibrado el electrodo con la solucin). Utilizando el regulador de cero

(suele ser una perilla marcada "buffer" o un botn similarmente rotulado) se debe llevar la lectura a

7,00 (o cualquiera que sea el valor de la solucin tampn).

Una vez ajustado el centro de la escala (en torno a 7,00), el electrodo se contacta con una solucin a

algn otro valor, superior o inferior (e.g. pH 4 o pH 10) segn sea el rango esperado para las futuras

mediciones. Cuando la lectura est estable, se utiliza el regulador de ganancia (rotulado "slope" o

algn trmino similar) para asegurar que la lectura coincida con el pH de la solucin. Si el

peachmetro en uso no dispone de ajuste de ganancia, este segundo punto se utiliza para ratificar

operacin o para corregir manualmente las lecturas.

La habilidad de preparar soluciones a pH conocido se da por conocida del estudiante, si bien hoy en

da tales soluciones se adquieren preparadas en el mercado de reactivos.


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Medicin de la Conductividad Elctrica de Soluciones

La conductividad elctrica de una solucin se define, simplemente, como el inverso de la resistencia

elctrica que se observa en la solucin, al circular corriente en condiciones reguladas. Si bien las

unidades bien podran ser -1

(ohms inversos), por razones histricas, se defini la unidad Siemens,

abreviado "S" y se le encuentra a menudo precedida de modificadores de orden, ms frecuentemente

micro (es decir, una millonsima, S) que mili (es decir, una milsima, mS). Al trabajar en soluciones, es preciso identificar la longitud a travs de la que se mide la conductividad, de modo

que la unidad habitual de conductividad de soluciones resulta ser S/cm y la especie se cita como

conductividad.

A pesar de ser un parmetro muy general (pues la conductividad de una solucin depende de todas

las especies inicas en solucin) resulta til porque refleja la salinidad total de una solucin de

proceso. Una aplicacin clsica en el control de pureza de aguas; por ejemplo, si se desea

monitorear o controlar la pureza del agua obtenida en un sistema de intercambio inico (al que entra

agua destilada), ser puede medir la conductividad de la solucin producto para verificar que est

cerca del valor mnimo terico de 0,05 S/cm (que es lo mismo que decir que tiene una

resistividad de 18 M /cm Nota: M es la abreviacin de "millones", se lee "mega ohms").

Se han tabulado las conductividades especficas de muchas soluciones y tal informacin se puede

encontrar en libros de datos como los ya citados (handbooks o manuales).

La conductividad se define para un cubo de 1 cm por lado, donde dos lados enfrentados son placas

conductoras. La medicin se debe realizar con un mnimo de corriente, so riesgo de acarrear

reacciones electroqumicas. Se recurre, por tanto, a sistemas clsicos en puente de Wheaston (ya

citado) y, habitualmente, alimentado por corriente alterna.

La produccin de reacciones electroqumicas en las placas, las corroe con cierta celeridad as es que

se suele recurrir a sistemas que miden la conductividad sin electrodos. Tal sistema de basa en la

inmersin de un transformador toroidal aislado en la solucin. El inducido (cable enrollado)

primario recibe una seal de corriente alterna, que induce una corriente alterna en el secundario

(otro cable, enrollado encima del primario). La corriente inducida en el secundario ser funcin de

la conductancia especfica del electrolito conformado por la solucin bajo anlisis.

La localizacin de un electrodo de conductividad en el proceso es crtica, porque la distribucin de

sales disueltas en un volumen lquido puede cambiar si el mezclado se aleja de la idealidad. Esta

apreciacin, sin embargo, es vlida para el diseo de la localizacin de prcticamente cualquier

instrumento.

Se debe corregir la lectura por la temperatura de proceso ya que la dilatacin trmica y la

aceleracin del movimiento browniano afectan la conductividad. El efecto puede ser sorprendente;

considere por ejemplo que el agua deionizada, con una conductividad de 0,05 S/cm a 25C se

reduce a un 22% de ese valor a 0C y se incrementa en 3 veces a 50C.


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Instrumentos de medicin de presin

Introduccin

Junto con la temperatura, la presin es la variable ms comnmente medida en plantas de proceso.

Su persistencia se debe, entre otras razones, a que la presin pude reflejar la fuerza motriz para la

reaccin o transferencia de fase de gases; la fuerza motriz para el transporte de gases o lquidos; la

cantidad msica de un gas en un volumen determinado; etc. Es tambin comn medir la presin en

una lnea para cuantificar caudal, cuando se conoce la prdida de carga; o prdida de carga cundo se

conoce el caudal.

La presin queda determinada por la razn de una fuerza al rea sobre la que acta la fuerza. As, si

una fuerza F acta sobre una superficie A, la presin P queda estrictamente definida por la razn

P=F/A. Dado que tanto la fuerza como el rea son de naturaleza vectorial, la presin es una

magnitud escalar (es decir, slo tiene magnitud, no direccin).

Manmetro de tubo en forma de "U"

Los instrumentos utilizados para medir presin reciben la denominacin:

"manmetros".

La forma ms tradicional de medir presin en forma precisa utiliza un tubo

de vidrio en forma de "U", donde se deposita una cantidad de lquido de

densidad conocida (para presiones altas, se utiliza habitualmente mercurio

para que el tubo tenga dimensiones razonables; sin embargo, para presiones

pequeas el manmetro en U de mercurio sera poco sensible).

Este tipo de manmetros tiene una ganancia que expresa la diferencia de

presin entre los dos extremos del tubo mediante una medicin de

diferencia de altura (es decir, una longitud).

La ganancia se puede obtener analticamente, de modo que este tipo de

manmetros conforma un estndar de medicin de presin. Si el gas sobre

el lquido en ambos extremos del manmetro fuese de densidad

despreciable frente a la del lquido, si el dimetro del tubo es idntico en

ambas ramas, si la presin en los extremos fuesen P1 y P2, si el lquido (a la

temperatura de operacin) tuviese densidad , si la diferencia de altura fuese h, entonces la diferencia de presiones estar dada por P2-P1= P= gh. Cul ser la ecuacin si la densidad del fluido superior no fuese

despreciable?

No es difcil obtener expresiones para este tipo de manmetros en condiciones de operacin en las

que sobre el lquido de alta densidad est otro lquido, de densidad no despreciable (ver, p.e. seccin

5.3 de Perry, op.cit.).

El manmetro en forma de "U" conforma, segn se especific, un sistema de medicin ms bien

absoluto y no depende, por lo tanto, de calibracin. Esta ventaja lo hace un artefacto muy comn.


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Su desventaja principal es la longitud de tubos necesarios para una medicin de presiones altas y,

desde el punto de vista de la instrumentacin de procesos, no es trivial transformarlo en un sistema

de transmisin remota de informacin sobre presin.

Manmetro de Bourdon

Para cualquier tipo de carga, la relacin entre la carga y la

deformacin es una constante del material, conocida como el

mdulo de Young: E=Carga/ . Por ende, si la constante de deformacin es conocida, se puede obtener la carga segn:

Carga = E*

De modo que frente a deformaciones pequeas de materiales

elsticos, ser posible obtener una cuantificacin reproducible

de las cargas (fuerzas) solicitantes.

El manmetro de Bourdon depende, precisamente, de la

elasticidad de los materiales utilizados en su construccin. Este

manmetro, tal vez el ms comn en plantas de procesos que

requieran medicin de presiones, consiste de un tubo metlico

achatado y curvado en forma de "C", abierto slo en un extremo

(ver figura).

Al aplicar una presin al interior del tubo (se le infla, por ejemplo) la fuerza generada en la

superficie (rea) exterior de la "C" es mayor que la fuerza generada en la superficie interior, de

modo que se genera una fuerza neta que deforma la "C" hacia una "C" ms abierta. Esta

deformacin es una medicin de la presin aplicada y puede trasladarse a una aguja indicadora tanto

como a un sistema de variacin de resistencia o campos elctricos o magnticos.


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Galgas de extensin (strain gauges)

Segn se observ, las

propiedades de elasticidad de

los materiales pueden dar

origen a sistemas de medicin

de fuerzas (y, por ende,

tambin presin). El

manmetro de Bourdon utiliza,

precisamente, la propiedad de

elasticidad de los materiales

slidos (en particular,

metlicos slidos); pero, ese

manmetro no permite

producir una seal elctrica

directamente, si bien se podra

adaptar algn sistema. El

mtodo de construccin de

sensores de presin modernos

depende del principio de

elasticidad pero la deformacin

es convertida en una seal

elctrica mediante las galgas

de extensin, conocidas a

menudo como "celdas de

torsin" o, en ingles, como

strain gauges.

Una galga de extensin se

construye sobre un metal de

coeficiente de elasticidad dado,

adosndole un alambre, una

tira semiconductora o pistas

conductoras. Al deformarse el

soporte de la galga, se "estira"

o se "comprime" el sensor,

variando as su resistencia. El

cambio de resistencia ser,

precisamente, el reflejo de la

deformacin sufrida. En

trminos de su caracterizacin,

dada la resistencia R sin

deformacin, la aplicacin de

una fuerza F deformante

producir un cambio de

resistencia, R, cuya medicin permite calcular la

fuerza mediante:


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donde se ha definido una constante "G", conocido como la constante de la galga y que suele variar

entre 2 y 2,2 para galgas de soporte metlico.

Naturalmente, la posibilidad de medir fuerza permite construir, con estas galgas, balanzas

electrnicas tanto como sistemas de medicin de presin.

Habitualmente se utilizan circuitos en puentes, diseados para los valores tpicos de estas galgas

(resistencias nominales de 120E , 350E , 600E y 1000E ) utilizando corrientes que no excedan los

10 mA.

Sensor de Presin Diferencial, anlisis dinmico

Los sistemas discutidos antes, para medicin de Presin (Bourdon, Tubos en "U" de lquidos de alta

densidad, Galgas de torsin [strain gauges], etc.) miden, en general, la presin relativa a la presin

atmosfrica (si bien tanto P1 como P2 en el manmetro en "U" podran ser parte de un proceso). A

menudo es necesario conocer la presin relativa entre dos puntos; tales sistemas se conocen como

sensores (o manmetros) de presin diferencial.

La figura describe un sensor de presin diferencial, basado en una galga de extensin.


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Las seales de presin, P1 y PR, se entregan a dos diafragmas aislantes, que impiden que el fluido

ingrese a la cmara sensible. La presin es transmitida a la seccin sensible (la galga propiamente

tal) mediante capilares, que estn llenos de un fluido adecuado (usualmente aceite de silicona).

Existen dos cmaras separadas por la galga en el centro, conocida como el diafragma sensor, cuyo

nico requisito es que impida el paso del fluido interno de un lado hacia el otro.

Uno de los diafragmas de aislamiento puede ser sujeto a una presin constante de referencia, de

modo que la posicin del diafragma de referencia ser una funcin de la presin aplicada en un slo

lado. Similarmente, se pueden aplicar dos presiones y la posicin del diafragma sensor ser una

funcin de la presin diferencial. Para introducir el anlisis del comportamiento dinmico de este

sensor, se considerar que un lado est a presin constante, de referencia, denotado PR.

De acuerdo a la nomenclatura de la figura, un cambio en la presin P1 (en algn punto del proceso)

producir un cambio en la presin P2, al final del tubo capilar (sern idnticos en estado

estacionario). El balance de fuerzas en el capilar resulta en:

es decir,

(A= rea de corte del capilar de conexin, L= longitud del capilar de conexin, r = densidad del

lquido en el tubo capilar, x= desplazamiento del fluido o desplazamiento del diafragma de

aislacin).

La fuerza sobre el diafragma de aislamiento, p2*A establece un segundo equilibrio de fuerzas:

es decir,:

donde K es la constante de Hooke de la galga y C el coeficiente de amortiguamiento del lquido

viscoso en frente del diafragma.

Por reemplazos y despejes:


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ecuacin que, finalmente, indica que la respuesta del sensor (es decir, el desplazamiento, x, del

diafragma) sigue una dinmica de segundo orden, para cualquier cambio en la presin de proceso

P1. Si se define un tiempo de respuesta t =A*L*r /(K*gC), un grupo de amortiguacin 2x t =C/K y

una ganancia KP=A/K, se puede obtener la funcin de transferencia en el campo complejo:

que da cuenta del comportamiento dinmico una vez conocida la excitacin (P1) que impone el

proceso al sensor (por ejemplo, cmo es la respuesta dinmica, en el tiempo, si la excitacin fuese

un escaln?, y si fuese un impulso?, y si fuese una funcin sinusoidal?, etc.).


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INSTRUMENTOS DE MEDICIN.

Para medir Velocidad.

El tacmetro es un dispositivo que mide las revoluciones (RPM) del rotor de un motor o una

turbina, velocidad de superficies y extensiones lineares. Son utilizados para llevar un registro de las

velocidades del elemento que tengamos en estudio, que nos permita saber si esta trabajando de

forma adecuada, con esto evitamos que se detenga la maquinaria, ya que le podramos hacer un

mantenimiento en el momento adecuado. La ltima tecnologa nos muestra dos tipos de tacmetros

muy utilizados: el tacmetro ptico y el tacmetro de contacto.

Para medir Tensin Mecnica.

Las tensiones mecnicas son causadas por excesos de peso sobre la estructura o el caso mas comn

es que es causado por las Vibraciones Mecnicas, sus consecuencias suelen ser el aumento de los

esfuerzos y las tensiones, prdidas de energa, desgaste de materiales, y las ms temidas: daos por

fatiga de los materiales, adems de ruidos molestos en el ambiente laboral, etc.

En tales condiciones es necesario conocer las caractersticas del material para disear el instrumento

donde va a usarse de tal forma que los esfuerzos a los que vaya a estar sometido no sean excesivos y

el material no se fracture. El comportamiento mecnico de un material es el reflejo de la relacin

entre su respuesta o deformacin ante una fuerza o carga aplicada.

Los equipos utilizados para medir tensiones mecnicas son los siguientes:


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Para medir dureza.

La dureza es una medida de la resistencia de un material a la deformacin permanente (plstica) en su

superficie, o sea la resistencia que opone un material a ser rayado o penetrado.

La dureza de una material se mide de varias formas dentro de las cuales se pueden destacar las durezas

mecnicas y la dureza de Mohs.

En las durezas mecnicas se utiliza un penetrador sobre la superficie del material. Sobre este penetrador se

ejerce una carga conocida presionando el penetrador a 90 de la superficie del material de ensayo. El

penetrador tiene diferentes formas y de acuerdo a esta es la huella que queda impresa en el material. De

acuerdo a la geometra de la huella y a la carga. Se utilizan diferentes frmulas para determinar el valor de la

dureza. Actualmente hay aparatos que leen la dureza de una forma digital. Es as como puede establecerse la

dureza Brinell, Vickers, Knoop, y Rockwell.

Algunos de los aparatos usados actualmente para medir la dureza son:

Para medir ruidos en general.

Los ruidomtros (Sound Level Meter) son utilizados para medir el nivel de los ruidos en un

determinado ambiente, de manera que se puedan mantener un nivel adecuado segn los estndares

internacionales de niveles de ruido. Las consecuencias de los altos niveles de ruido en las personas

son: aumento de la presin sangunea, produce problemas al corazn, ocasiona estrs, disminuye la

concentracin, modifica el ritmo respiratorio, produce tensin muscular, riesgos coronarios,

alteraciones mentales, tendencias a actitudes agresivas.

Algunos de los ltimos aparatos presentados en el mercado son estos:


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Instrumentos pticos para evaluar la composicin de los materiales metlicos.

Son instrumentos que miden el espectro de los componentes qumicos de un material, claro deben

poseer un software que tenga todos los espectros de cada uno de los elementos qumicos para poder

hacer las comparaciones.

Un ejemplo de los anlisis de estos instrumentos es la

grafica que se muestra a continuacin.

Las sustancias con anillos bencnicos muestran un espectro de absorcin con picos agudos

alrededor de 250 nm. En esos casos, la diferencia en los resultados con 1 2nm de resolucin es

apreciable. El diagrama muestra los espectros de una solucin de benceno en etanol obtenidos con

un espectrofotmetro con resolucin 2 nm. (Grfico obtenido usando el software UVProbe.)


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Para medir Espesores.

Los medidores mecnicos convencionales

(Micrmetros) permiten medir espesores usualmente

en el rango entre 0 y 25 mm con una exactitud de

algunos micrmetros. Usando alternativamente el

principio de Interferencia ptica, la medicin de

espesores se puede efectuar con una precisin de

algunas decenas de nanmetros.

En la figura se muestra esquemticamente el Modulo

Interferomtrico, adaptado para realizar mediciones de espesores segn el mtodo Fizeau. Un rayo

Lser es expandido y dirigido a una cua de aire formada entre dos vidrios planos paralelos, entre

los cuales se encuentra el objeto a ser medido. Las lneas de interferencia producidas por la cua

son observadas y contadas usando un microscopio.

El arreglo est dispuesto para medir espesores entre 0 y 1 mm con una precisin de 300 nm. Otros

aparatos de ltima tecnologa para medir espesores son los siguientes:

Funciona por los principios de Induccin magntica y corrientes parsitas para medir espesores de

recubrimientos, ya sea en metales ferrosos como no-ferrosos, de manera rpida y precisa.


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Un medidor de fcil uso, econmico para mediciones no destructivas del espesor de recubrimiento

en madera y concreto.

Capaz de medir fcilmente y con gran precisin el espesor de recubrimientos sobre concreto;

pintura y barniz sobre madera; pintura sobre plstico; pintura sobre vidrio; barniz sobre cermica;

entre otros.

Para mediciones no destructivas de recubrimientos no magnticos (tales como, pintura, esmalte,

plstico, galvanizado, metalizado y cromado) sobre

acero.

Mide recubrimientos no magnticos sobre acero, tales como pintura, esmalte, niquelado y

galvanizado. Ideal para medir en superficies pequeas, calientes o de difcil acceso.

Uno de los medidores ms usados en la prctica es el Vernier, que nos permite medir espesores de

menos de 0,5 mm, est compuesto de regletas y escalas. Este es un instrumento muy apropiado para

medir longitudes, espesores, dimetros interiores, dimetros exteriores y profundidades.


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RESUMEN

Las seales que se obtienen de las mquinas industriales con una indicacin directa del buen

estado de estas. Cuando se piensa en el monitoreo y el diagnostico de la maquinaria, deben tenerse

en cuenta los factores de seguridad, calidad, puntualidad y costo correspondientes a cada parte de la

maquinaria. De manera ms especifica, los objetivos incluyen:

1. Aumento de la seguridad de la planta al minimizar las probabilidades de que se presenten situaciones peligrosas o catastrficas.

2. Mejoramiento de la calidad del producto al minimizar variaciones de proceso que puedan imputarse al mal funcionamiento de la maquinaria.

3. Maximizar la puntualidad o disponibilidad de la planta al dar servicio a las mquinas que lo necesiten y realizar rondas de servicio ms eficientes.

4. Reduccin de costos de operacin de la planta al minimizar los paros imprevistos y al dar un uso ms eficaz a los recursos de mantenimiento.


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TCNICAS DE CONTROL

INTRODUCCION

A medida que avanza la tecnologa aplicada en la fabricacin de los instrumentos industriales, los

usuarios tienen en sus manos cada da herramientas ms poderosas para fabricar los productos con

mayor calidad a costos bajos y tiempos de entrega ms cortos.

Implementar una tcnica de control a un proceso dado, implica un conocimiento amplio sobre la

dinmica del proceso y de todas las variables que intervienen en el, adems de tener presente los

algoritmos de control de cada lazo.

Independientemente del sistema de control que se aplique a un proceso dado, los algoritmos y las

estrategias son aplicables.

Estas estrategias, se aplican con el fin de lograr un control regulador ptimo sobre la variable o

variables de inters, las cuales toman estados inestables en la operacin normal del proceso, como

resultado de las perturbaciones internas y externas al proceso.

En consecuencia, el funcionamiento correcto de un sistema de control esta determinado por la

naturaleza del proceso, de las caractersticas de los lazos de control y de los ruidos externos.


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PERTURBACIONES O RUIDOS EN EL PROCESO

En una planta industrial, por condiciones mismas de la carga existente para su operacin, el ruido

esta implcito en ellas, por lo tanto hay que tomar en cuenta sus efectos en la regulacin de alguna

variable.

Los ruidos son de distintos tipos, como son:

1. Ruidos elctricos:

1.1. Variacin de tensin

1.2. Variacin de corriente

1.3. Armnicas en la seal elctrica

1.4. Factor de potencia

1.5. Cortos circuitos

1.6. Inductivos

1.7. Por semiconductores

2. Ruidos trmicos:

2.1. Temperatura ambiente

2.2. Constante trmica de los materiales

2.3. Reacciones exotrmicas

3. Ruidos por tiempos muertos:

3.1. En motores

3.2. En tanques

3.3. En tuberas

3.4. En reacciones qumicas

3.5. En transmisiones de seal electrnicas

3.6. En transmisiones de seales elctricas

3.7. En transmisiones de seales mecnicas

4. Ruidos por transmisin de seales:

4.1. Va inalmbrica

TCNICAS DE CONTROL

En la industria, la aplicacin del control retroalimentado en un proceso para regular la magnitud de

una variable en un valor deseado, es comn, que en algunos casos el error esttico existente es

pequeo y es relativamente sencillo mejorar el control a travs de correcciones simples, pero en

ocasiones no es posible, ya que, por condiciones del proceso se tiene un error esttico considerable

y/o inestable.

Antes de aplicar una tcnica de control diferente a la retroalimentada en un proceso, es importante

tomar en cuenta que un regulador instalado, al iniciar su operacin, requiere de una sintonizacin en

lnea sin importar la calidad de esta.


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Si por algn motivo no es posible reducir el error esttico a la inestabilidad del proceso, se debe

pensar entonces en la estrategia de control, para mejorar la respuesta de esa variable en funcin a la

calidad del producto.

TCNICAS O ESTRATEGIAS DE CONTROL

1. Control retroalimentado.

2. Control anticipativo.

3. Control en cascada.

4. Control de relacin.

5. Control selectivo.

6. Control de set point programable.

7. Control de set point programable cclico.

8. Control de rango dividido.

9. Control de ajuste de punto final.

CONTROL RETROALIMENTADO (FEED BACK)

Objetivo: Mantener constante una variable en un valor deseado o variable a travs del tiempo.

El control retroalimentado, es la

forma ms simple de aplicar un

control en lazo cerrado. El problema

en este tipo de control, es que la

correccin se hace despus de que se

present el problema y una cantidad

del producto no lleva la calidad deseada, ya que la correccin llega un tiempo despus.

CONTROL ANTICIPATIVO (FEED FORWARD)

Objetivo: Sensar la perturbacin de una variable, antes de afectar al proceso y tomar la accin

correctiva para evitar un efecto daino al producto.

En los procesos que tienen tiempos muertos muy grandes, se presentan desviaciones en magnitud y

frecuencia variables, la seal de error se detecta un tiempo despus de que se produjo el cambio en

la carga y ha sido afectado el producto, y como consecuencia la correccin acta cuando ya no es necesario.

El problema anterior se resuelve aplicando al proceso esta tcnica, que parte de la medicin de una

o varias seales de entrada y actan simultneamente sobre la variable de entrada, produciendo la

salida deseada sobre el proceso.

Aplicar esta tcnica de control implica un conocimiento amplio, exacto y completo de las

caractersticas estticas y dinmicas del proceso. La relacin entre la variable de salida y la variable


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de entrada, constituye el modelo del proceso y es la funcin de transferencia del sistema de control

en adelanto.

El controlador es quien debe responder a los cambios de las perturbaciones, pero como es lgico, su

eficiencia depende de la exactitud del captor y elementos de interfase de una o ms variables de

entrada y de la exactitud alcanzada en el modelo, calculada en el proceso.

Cabe sealar que es costoso y algunas veces imposible determinar y duplicar el modelo exacto del

proceso, por lo tanto, siendo realmente un control en lazo abierto, su aplicacin dar lugar a un

offset significativo, es decir, se tendr un error esttico permanente y a veces creciente.

El control anticipativo es capaz de seguir rpidamente los cambios dinmicos (estado transitorio),

pero puede presentar un error esttico considerable. Por tal motivo, regularmente se aplica

combinado con el control retroalimentado.

CONTROL EN CASCADA

Objetivo: Mejorar la estabilidad de una variable del proceso aun con una optima sintonizacin del

controlador en lazo retroalimentado.

La aplicacin de esta tcnica de control, es conveniente cuando la variable no puede mantenerse

dentro del valor de set point deseado, debido a las perturbaciones inherentes al proceso.

Para que un sistema de control en cascada est bien aplicada es necesario que se tomen en cuenta

algunos aspectos importantes para su aplicacin, estos son:

1. Localizar las variables ms importantes del proceso.

2. Localizar la variable bsica a controlar.

3. Localizar la variable que introduce la inestabilidad.

4. Determinar la velocidad de cambio de ambas seales.

5. Hacer un arreglo en cascada, de tal forma que el lazo mayor sea ms lento y el controlador

tambin (control maestro).

6. El lazo menor deber contener la variable ms rpida y el controlador debe ser de respuesta con

retardos mnimos (control esclavo).

7. La relacin de la constante de tiempo: TM/TE = 5 mayor.

8. El controlador del lazo menor deber sintonizarse con la ganancia ms alta posible.


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9. El controlador esclavo se selecciona con set point remoto, mientras que el controlador maestro

es de tipo local.

Naturalmente que estas recomendaciones son, basndose en la experiencia que se tiene sobre la

dinmica del proceso, sobre el controlador y algo de sentido comn.

CONTROL DE RELACION

Objetivo: Controlar el flujo o el volumen de una variable en funcin de otra.

Esta tcnica de control, se aplica por lo general a dos cantidades de flujos, que deben mantener una

relacin prefijada por el usuario.

Por lo general se tiene una lnea de flujo de un fluido libre y sobre esta se mide la cantidad del

fluido existente en velocidad o volumen, este valor se enva a un controlador que contiene un factor

multiplicador o un divisor, cuya seal acta sobre la vlvula de control de otra lnea con flujo

proporcional al valor censado (flujo controlado).

El flujo libre se llama variable independiente y el flujo controlado se llama flujo dependiente.

Para este tipo de estrategia de control, es muy importante tomar las siguientes consideraciones:

1. Ambas seales deben tener las mismas unidades.

2. Ambas seales deben estar linealizadas o en forma cuadrtica.

3. El rango de los controladores deben ser compatibles con las seales recibidas de un 0% a un

100%.

4. Tomar en cuenta que en la medicin de fluidos la linealidad se pierde en los extremos de la

medicin.

5. Las caractersticas de los fluidos deben ser muy similares.


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ACCION DE CONTROL DIRECTA E INVERSA

Directa: La accin directa se considera cuando a punto de ajuste constante, si la variable aumenta,

la salida aumenta.

Inversa: Se considera cuando a punto de ajuste constante si la variable aumenta la salida disminuye.

Alcance (SPAN): Diferencia algebraica entre los 2 valores alto y bajo de rango.

Autorregulacin: Caracterstica inherente del proceso la cual lleva a una condicin de equilibrio sin

la intervencin de un control automtico.

Banda Proporcional: La gama de valores a travs de los cuales la variable controlada debe cambiar

para causar que el elemento final de control se mueve de un extremo a otro.

Cavitacin: Las cavidades de vapor no pueden existir con una presin aumentada y son forzadas a

un colapso o implosin que produce ruido, vibracin, dao fsico.

Circuito de Control: Es un sistema dentro del cual un cierto valor en magnitud debe ser mantenido

dentro de limites, preestablecidos. Un circuito de control automtico (LOOP) puede ser manual o

automtico.


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Arquitectura de los Sistemas de Control

Introduccin Los Sistemas de Comunicacin proporcionan el esqueleto sobre el que se articulan las estrategias de

automatizacin.

Los sistemas de comunicacin industrial son mecanismos de intercambio de datos distribuidos en

una organizacin industrial.

Intercambio de datos on-line y, en los niveles inferiores de la pirmide (sensores, actuadores, mquinas, clulas de fabricacin, etc.), se exige el requisito de tiempo real.

Intercambio de datos eficiente y de bajo coste temporal y econmico.

Los procesos de tiempo real requieren una acotacin determinista mxima de sus tiempos de

ejecucin.


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Objetivos

El objetivo primario del sistema de comunicacin es el de proporcionar el intercambio de

informacin (de control) entre dispositivos remotos.

Este intercambio de informacin puede realizarse en base a distintas tecnologas:

Comunicacin punto a punto analgica

Comunicacin punto a punto digital

Comunicacin punto punto hbrida

Comunicacin digital con bus de campo

Las tecnologas avanzadas admiten obtener prestaciones adicionales

Reduccin de la programacin o Evitar el manejo de datos por el PLC en funciones de control o Evitar la programacin de nodos existentes al aadir nuevos nodos

Aumentar las prestaciones del sistema o Determinismo o Efectividad del ancho de banda

Reduccin del cableado o Control, programacin y diagnosis sobre la misma red

Soluciones escalables o Eleccin del controlador adecuado para el control, no para el manejo de datos o Aadir o eliminar dispositivos sin influir en otros dispositivos del sistema

Reduccin de los tiempos de paro o Diagnstico de los dispositivos o Informacin predictiva


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Importancia de las Redes Industriales El control tiende a distribuirse.

Los sistemas productivos actuales necesitan un gran flujo de informacin.

Sistemas de informacin: bases de datos corporativa

Dispositivos grficos: supervisin, paneles HMI,..

Diagnsticos avanzados

La red de comunicaciones se ha convertido en una parte indispensable en el diseo del sistema de

control, el modelo de red utilizado influye poderosamente en las prestaciones del sistema de control

utilizado.

Buses de Campo

Los buses de campo conectan sensores, actuadores, controladores y dispositivos similares en el

nivel inferior de la estructura jerrquica de la automatizacin industrial.

Una arquitectura de bus de campo es un sistema abierto de tiempo real. Pero no necesariamente ha

de conformarse con el modelo OSI de 7 capas, pues es ms importante que la conexin sea de bajo

costo y alta fiabilidad frente a las posibilidades de interconexin a redes generales.

Caractersticas de un Bus de Campo (Instrumentos)

Diseado para transmitir pequeas cantidades de datos

Cubrir necesidades de tiempo real

Tener gran compatibilidad electromagntica

Nmero reducido de estaciones

Fcil configuracin

Protocolos simples y limitados

Bajos costes de conexin

Pseudoconsistente con el modelo OSI de ISO

Ventajas que Aporta

Reducir coste de cableado de la instalacin

Facilita la ampliacin o reduccin de elementos

Permite integrar los dispositivos menos inteligentes


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El siguiente diagrama muestra los tipos de buses de campo ms comnmente encontrados en los

sistemas de control.


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Las siguientes imgenes muestran configuraciones tpicas:


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GENERALIDADES DE LOS PLCs

El trmino PLC de amplia difusin en el medio significa en ingls, Controlador Lgico

Programable. Originalmente se denominaban PCs (Programmable Controllers), pero, con la llegada

de las IBM PCs, para evitar confusin, se emplearon definitivamente las siglas PLC.

En Europa, el mismo concepto es llamado Autmata Programable. La definicin ms apropiada es:

Sistema Industrial de Control Automtico que trabaja bajo una secuencia almacenada en memoria,

de instrucciones lgicas.

Es un sistema porque contiene todo lo necesario para operar, e industrial por tener todos los

registros necesarios para operar en los ambientes hostiles encontrados en la industria.

Esta familia de aparatos se distingue de otros controladores automticos en que puede ser

programado para controlar cualquier tipo de mquina, a diferencia de otros muchos que, solamente

pueden controlar un tipo especfico de aparato. Un programador o Control de Flama de una caldera,

es un ejemplo de estos ltimos.

Adems de poder ser programados, se insiste en el trmino "Control Automtico", que corresponde

solamente a los aparatos que comparan ciertas seales provenientes de la mquina controlada de

acuerdo con algunas reglas programadas con anterioridad para emitir seales de control para

mantener la operacin estable de dicha mquina.

Las instrucciones almacenadas en memoria permiten modificaciones as como su monitoreo

externo.


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HISTORIA DE LOS PLCs

En 1969 la Divisin Hydramatic de la General Motors instal el primer PLC para reemplazar los

sistemas inflexibles alambrados usados entonces en sus lneas de produccin.

Ya en 1971, los PLCs se extendan a otras industrias y, en los ochentas, ya los componentes

electrnicos permitieron un conjunto de operaciones en 16 bits,- comparados con los 4 de los 70s -,

en un pequeo volumen, lo que los populariz en todo el mundo.

En los primeros aos de los noventas, aparecieron los microprocesadores de 32 bits con posibilidad

de operaciones matemticas complejas, y de comunicaciones entre PLCs de diferentes marcas y

PCs, los que abrieron la posibilidad de fbricas completamente automatizadas y con comunicacin a

la Gerencia en "tiempo real".

COMPONENTES

Los pequeos PLCs son compactos y contienen en un solo cajn todos los componentes, reciben

por lo tanto el nombre de tipo "caja de zapatos". En cambio, los mayores, son del tipo modular y se

conectan las diferentes partes de una manera que pueden ser reemplazadas individualmente.

Un PLC consiste en las siguientes partes:

**CPU o Unidad de Proceso Lgico, que el en caso del PLC reside en un circuito integrado

denominado Microprocesador o Microcontrolador, es el director de las operaciones del

mismo. Por extensin, todo el "cerebro" del PLC se denomina CPU.

La CPU se especifica mediante el tiempo que requiere en procesar 1 K de instrucciones, y

por el nmero de operaciones diferentes que puede procesar. Normalmente el primer valor

va

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