6. Control y Automatización de Procesos1.doc

7/21/2019 6. Control y Automatizacin de Procesos1.doc

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CAPTULOCAPTULO1SISTEMA DE CONTROL

En los ltimos aos la produccin industrial se ha caracterizado principalmente por laoptimizacin de los procesos empleando avances tecnolgicos de la comunicacin y elcontrol a fn de lograr productos de alta calidad y costos bajos, capaces de cumplir con losestndares exigidos por el mercado.

a industria moderna automatiza sus procesos y servicios haciendo uso de sensores,controladores y actuadores, !acilitando de "sta manera la produccin y minimizando losrecursos humanos.#ctualmente la tecnolog$a permite supervisar y controlar diversas industrias del tipoproductivo o manu!acturero en tiempo real. En nuestro pa$s el control y la automatizacin atrav"s de la electrnica han experimentado un cambio importante en la mayor$a de lasindustrias, para ampliar y mantener su posicin en los respectivos campos de accin.

1.1 CONTROL AUTOMTICO%amos a empezar defniendo el control automtico como la accin de mantener estableuna variable de proceso mediante un dispositivo, por lo general electrnico, cuyo valor

deseado est almacenado en la memoria de "ste &ue al recibir la seal de la variablecontrolada realiza clculos y estima la respuesta sobre la variable manipulada, corrigiendoy estabilizando el sistema de control. Este dispositivo el"ctrico conocido como controlador,se encuentra en el mercado bajo la denominacin de '( )(ontrolador gico'rogramable*, controlador de lazo digital )microcontrolador* y '( )computadora personal*.

1.2 SISTEMAS DE CONTROL

El control automtico de un proceso re&uiere de varios elementos &ue interactanentre si dando lugar a un sistema de control. # continuacin se muestra el control detemperatura en un intercambiador de calor con la fnalidad de explicar de manera !cil

un sistema de control )fgura +.+*.


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Figura 1.1 Intercambiador de Calor a ser controlado

i el control de temperatura en el -ntercambiador de (alor se realiza manualmente

)manejado por un hombre*, el sistema ser$a como se detalla en la fgura +..

Figura 1.2. - Representacin del control del intercambiador por una persona

En el sistema de control manual de la fgura +., el operador mide la temperatura desalida, compara con el valor deseado, calcula cuanto ms abrir o cerrar la vlvulade vapor, y hace las correcciones correspondientes. 'or lo tanto, las !unciones bsicasdel control manual realizado por un ser humano son/

0edir (omparar (alcular (orregir

1e "sta manera podemos observar los !undamentos de un sistema de controlautomtico provienen de las !unciones bsicas del control manual realizadas por unser humano.

1.3 ELEMENTOS DEL SISTEMA DE CONTROL

BULBO

TERMOMETRO

INDICADOR

SALIDADE

AGUACALIENTE

ENTRADADE

AGUAFRIA

VALVULA

DE VAPOR

ENTRADA

DE VAPOR


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2n sistema de control automtico simple generalmente cuenta con los siguienteselementos/ sensor, proceso, controlador y actuador, )fgura +.3*.

4igura +.3. 5 1iagrama de 6lo&ues 7eneral de un control #utomtico

a. Variable Controlaa

Es el parmetro ms importante del proceso, debi"ndose mantener estable)sin cambios*, pues su variacin alterar$a las condiciones re&ueridas en elsistema, su monitoreo a trav"s de un sensor es una condicin importantepara dar inicio al control.

#l analizar el ejemplo mostrado del intercambiador de calor se observa, laintencin de calentar agua a trav"s del vapor, para lo cual se deber tener encuenta las diversas variable de proceso como son/ los 8ujos de vapor y agua,las presiones de vapor y las temperaturas del agua9 pero, la ms importantedel sistema es la temperatura de salida del agua, por lo tanto la %ariable

(ontrolada.

b. Variable Mani!"laa

Es el parmetro a trav"s del cual se debe corregir las perturbaciones delproceso, colocndose un actuador para lograr estabilizar el sistema. En elejemplo del intercambiador de calor, &uien proporciona mayor o menorcantidad de energ$a al sistema es el ingreso de vapor, por lo tanto la variablea manipular ser el 8ujo de ingreso de vapor.

#. Variable Pert"rbaora

Es el parmetro &ue suele desestabilizar el sistema por cambios repentinos ya!ecta el proceso. En el ejemplo, la variable perturbadora ser$a el 8ujo deentrada de agua !r$a, si por una baja de tensin se altera el !uncionamientode la bomba de suministro de agua, provocar$a un menor ingreso de 8ujo alproceso originando la desestabilizacin del sistema.

. Variable Meia

Es todo parmetro del proceso re&uerido para conocer su valor, por lo tanto

deber ser monitoreado9 no siendo necesariamente la mas importante paracontrolar el sistema, pero si para mantener un registro de data.

PROCESO

SENSOR ELEMENTO DE

MEDICIN

SALIDAENTRADA

DETECTOR DEERROR

O CONTROLADOR

PERTURBACIN

SET POIT

VALOR DEREFERENCIA

ERROR

VARIABLEMEDIDA

VARIABLEMANIPULADA

VARIABLEPERTUBARADORA

VARIABLE

CONTROLADA

ACTUADOR ELEMENTOFINAL DE

CONTROL


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$.1 Sen%or & Ele'ento Pri'ario e Mei#i&n

os sensores son los elementos primarios de medicin de variables del proceso,siendo algunos usados para lectura e indicacin y otros para trans!ormar lavariable medida en una seal el"ctrica, los ms usados en la industria son los denivel, de presin, de temperatura, de 8ujo, de proximidad entre otros.

Esta seal va hacia la entrada del controlador para ser comparada con el valor dere!erencia o :set point; determinando el error y la accin de control.

1.3.1.1 Ti!o% e Sen%ore%(

a. De Conta#to ) No Conta#toos sensores de contacto realizan la medida :contacto !$sico; con elproducto9 por ejemplo los sensores de boyas para medir el nivel de untan&ue.2n sensor de no contacto se basa en las propiedades !$sicas de los

materiales para realizar su medida, son menos propensos a !allas9 su uso seve limitado por la caracter$stica del material a medir o por la graninter!erencia en el ambiente de instalacin, ocasionando malas lecturas.Ejemplo/ medidor de 8ujo ultrasnico.b. Di*ital o Anal&*i#o

ma.

1.3.2Controlaor

El controlador es el instrumento &ue detecta los desv$os existentes entre el valormedido por un sensor y el valor deseado o :set point;, programado por un

operador9 y emite una seal de correccin hacia el actuador como se observa enla fgura +.=.

os controladores pueden ser del tipo/ manual, neumtico digitales9 as$ como lascomputadoras con tarjetas de ad&uisicin de datos y los '(.

V l v u l a N e u m t i c a

A c t u a d !

C " t ! l a d !

T ! a " # d u c t ! S e " # !

S e $ a l E l % c t ! i c a S e $ a l E l % c t ! i c a

S e $ a l N e u m t i c a

P R O C E S O


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Figura 1.!. - Control "utom#tico de ni$el sencillo

1.3.3A#t"aor & Ele'ento ,inal e Control

os actuadores son los elementos fnales de control, tienen por !uncin alterar elvalor de la variable manipulada con el fn de corregir o limitar la desviacin delvalor controlado, respecto al valor deseado. os !abricantes proveen una serie deactuadores como/ motores, vlvulas, rel"s, y s?icthes. # continuacindescribiremos los actuadores ms importantes/

1.3.3.1 A#t"aore% El-#tri#o%on usados en la industria y en aplicaciones comerciales para posicionardispositivos de movimientos lineal o rotacional. @ales como s?icthes, rel"s,motores y otros.

1.3.3.2 A#t"aore% Ne"'ti#o%#ceptan seales de presin pe&ueas, desde los posicionadores neumticos ymediante un dia!ragma, convierten estas seales en movimientos mecnicos.

1.3.3.3 A#t"aore% /ir"li#o%os actuadores hidrulicos operan en !orma similar a los posicionadoresneumticos, pero con una mayor !uerza de accin, para ser usados encompuertas, gras, elevadores y otros.

1.3.$Pro#e%o

El t"rmino proceso, para los fnes de control signifca el e&uipo y la variable &ue se&uiere automatizar, en donde se estabiliza la variable de control, a trav"s desensores, actuadores y controladores.

1.3.$.1Cara#ter0%ti#a% Din'i#a% e la% Variable% e Pro#e%o

on tres las caracter$sticas dinmicas de las variables de un proceso/

a. Iner#ia( 'ropiedad de los cuerpos tendientes a no variar del estado

estacionario sin la intervencin de una !uerza extraa9 por ejemplo algunossistemas de 8ujo de 8uidos en los cuales la masa puede ser acelerada.

b. Re%i%ten#ia ) Ca!a#ia( as partes del proceso tendientes ha almacenarmasa o energ$a son denominadas capacidady las partes con cualidades deresistir la trans!erencia de energ$a o masa son denominadas resistencia.

c. Atra%o e Tran%!orte( E% "n !actor importante para la dinmica deprocesos &ue incluye el movimiento de masas entre dos puntos.

1.3.$.2 Re%!"e%ta e lo% !ro#e%o% rente a "na !ert"rba#i&n

as respuestas de un proceso a una determinada perturbacin dependen de dosconstantes/ tiempo )*y una ganancia esttica. a ganancia es la amplifcacin o


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atenuacin de la perturbacin en el interior del proceso y no tiene inter!erenciacon las caracter$sticas de tiempo de respuesta. a constante de tiempo, es lamedida necesaria para ajustar un sistema de una perturbacin en la entrada ypuede ser expresada como producto/

A resistencia xcapacidad

1.$ SEALES DE TRASMISION

2na seal se defne como una cantidad !$sica variando con el tiempo, elespacio o cual&uier otra variable independiente.

1.$.1 Seale% El-#tri#a%

on de dos tipos/ eales #nalgicas y eales 1igitales.

os e&uipos para medir las seales analgicas y digitales pueden ser/

- os pol$metros, miden tensiones )corrientes*.- as impedancias, miden resistencias )capacidades*, y- as sondas lgicas, indican si se encuentra en el nivel )> +*.

1.$.1.1 Seale% Anal&*i#a%

@ambi"n denominada seal en tiempo continuo, se caracteriza por tomarcual&uier valor dentro de unos determinados mrgenes y llevar la in!ormacinen su amplitud. as seales analgicas se muestran en la fgura +.B.

4igura +.B. 5 eal #nalgica variable

1.$.1.2.1Seale% Di*itale%

Estas seales toman un nmero fnito de niveles o estados entre un mximo y

un m$nimo, las mas utilizadas son las binarias, teniendo dos niveles asignados alos nmeros binarios > y +. as seales digitales se muestran a continuacin enla fgura +.C.

&

& t'

(

)

*

* )

* (

t ie m p o % t &

amplitud%

&

t)

t(

t+

t,


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t'tiempot) t(

"mplitud

'

-t.

% &

Figura 1.'.- Se(al )igital

1.$.2 Seal Ne"'ti#a

Es una variacin !$sica a trav"s de la compresin o expansin de un 8uido

gaseoso generalmente el aire en un determinado tiempo. u uso es en laactuacin sobre elementos fnales de control como las vlvulas, pistonesrobots, etc.

1.$.3 Seal /ir"li#a

Es la variacin de la presin de un 8uido l$&uido como aceites de altaviscosidad con respecto al tiempo. e utiliza en la actuacin de elementosfnales de control donde re&uieran actuacin con una !uerza considerable,como por ejemplo, compuertas, robots, pistones, etc.

1.$.$ Seale% e SonioEs el movimiento vibratorio de los cuerpos en una !recuencia determinadagenerando una onda al desplazarse a trav"s de un 8uido. u aplicacin es enla transmisin de in!ormacin a alarmas, etc.

1.4 TIPOS DESISTEMAS DE CONTROL

El objetivo de cual&uier estrategia de control es mantener una variable llamadacontroladaprxima a un valor deseado conocido como punto de ajusteset-point.El t"rmino regularizacin es usado para describir la accin de control de agentes

deperturbacindel estado de e&uilibrio de la variable controlada.2n sistema de control, solamente puede llegar a la regulacin, aplicando enoposicin a las !uerzas perturbadoras llamadas cargas, correcciones e&uivalentesen una o ms variables denominadas variables manipuladas. a variablecontrolada permanecer estable, en el proceso mientras se encuentre en estadoestacionario. Este e&uilibrio puede ser alcanzado usualmente por distintossistemas de control clsico o moderno.

1.4.1 Si%te'a% e Control Cl%i#o

1.4.1.1 Si%te'a% e Control e La5o Abierto

e denominan sistemas de control de lazo abierto cuando la salida no tienee!ecto sobre la accin de control, es decir no se compara la salida con la


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entrada de re!erencia. 'or lo tanto, para cada entrada de re!erenciacorresponde una condicin de operacin fja. #s$, la precisin del sistemadepende de la calibracin y del operador cuya !uncin ser la del controlador.En presencia de perturbaciones, un sistema de control de lazo abierto nocumple su !uncin asignada, por no tener una !orma de conocer el resultado delcontrol e!ectuado o salida del proceso. En la prctica el control de lazo abiertoslo se utiliza si la relacin entre la entrada y la salida es conocida y si no sepresentan perturbaciones tanto internas como externas signifcativas.

1.4.1.2 Si%te'a e Control e La5o Cerrao

e denomina sistema de control de lazo cerrado cuando !rente a presencia deperturbaciones, tiende a reducir la di!erencia entre la salida del sistema y elvalor deseado o :set point;9 realizando el control de !orma automtica.

1.4.2 Si%te'a% e Control Moerno

1.4.2.1 Control Aa!tati6o

Es un m"todo en el cual la respuesta de un controlador var$a automticamentebasado en los cambios de las condiciones dentro del proceso y puedeemplearse en diversas aplicaciones, como en el control del pD.1.4.2.2 Control Di"%o

Este control utiliza la lgica di!usa a trav"s de conceptos de inteligenciaartifcial capaz de convertir una muestra de la seal real a nmeros di!usos,para tratarlos segn las reglas de in!erencia y las bases de datos determinadosen las unidades de decisin, logrando estabilizar el sistema sin la necesidad de

fjar un punto de re!erencia.

1.4.2.3 Ree% Ne"ronale% Arti7#iale%

Estn diseadas para actuar como lo hace el cerebro humano conectando la redentre los elementos de la !orma ms sencilla para poder ser entrenados yrealizar !unciones complejas en diversos campos de aplicacin.

1.4 ESTRATE8IAS DE CONTROLExisten estrategias de control automtico de los procesos industriales &ue se

aplican segn precisen los objetivos &ue se &uieren lograr. # continuacin solose hace re!erencia de "stas y ms adelante en otros cap$tulos se tratar "stetema con mayor detalle dado la importancia. as estrategias &ue se puedenaplicar son/

1.4.1 CONTROL ,EED9AC: O DE RETROALIMENTACI;NEsta estrategia de !uncionamiento consiste en medir la variable controlada alfnal del proceso y convertirla en seal para retroalimentacin despu"s decompararla con la seal de entrada de re!erencia o setpoint. a di!erencia entrela seal del setpoint y la seal retroalimentada constituye la seal de error, lacual es empleada por el controlador para calcular la variacin &ue se debe

realizar en la variable manipulada y as$ restablecer la variable controlada en suvalor de re!erencia.


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1.4.2 CONTROL ,EED,ORD


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En la medicin y control de un proceso se usa un conjunto estndar de s$mbolos parapreparar diagramas de los sistemas de control de procesos. os s$mbolos usados enestos diagramas estn generalmente basados en los estndares ISA )ociedad de-nstrumentos de #m"rica* y #- )-nstituto de Estndares #mericano*

os diagramas de instrumentacin y proceso )'F-1* son un ejemplo del uso de estosestndares. Este tipo de diagramas muestra la interconexin de e&uipos y lainstrumentacin usada en el control del proceso. os s$mbolos son representacionesabreviadas de grandes detalles re&uiriendo muchas veces pginas para ser descritas9apareciendo dibujos como/ diagramas de 8ujo, de lazos de control, de instalaciones endetalle, con una leyenda &ue ayuda a interpretarlas.

El simbolismo e identifcacin pueden representar dispositivos de m&uinas y!unciones, el grado de detalle de las representaciones depende del uso de loss$mbolos, pueden ser extremadamente simples o complejos.

os s$mbolos y la identifcacin son herramientas grfcas utilizadas para lograr captaruna imagen grfca, usadas !recuentemente como un medio electrnico para clasifcardocumentos y mostrar la !orma de instrumentar y controlar un proceso.

#l realizar una representacin documentada se debe presentar conceptos generales,dibujos ms detallados, especifcaciones narrativas, es&uemas y otros necesarios,para cumplir con los objetivos de las herramientas de comunicacin estandarizadossegn las normas -nternacionales de la :-nstrumental ociety o! #merica; )-#*.

4inalmente el uso de estos s$mbolos de identifcacin debe servir para comunicarconceptos de las !ormas ms sencilla, clara y exactamente posible.

2.2 SIM9OLOSa aplicacin de la instrumentacin, medicin y control de 'rocesos se interpretamejor cuando lo representamos por s$mbolos, los mismos &ue indican lo realizado.os s$mbolos muestran las caracter$sticas salientes de los dispositivos o !unciones yson representados de !orma simple por fguras geom"tricas como c$rculos, rombos,tringulos y otros, para escribir caracteres como letras y nmeros identifcando laubicacin y el tipo de instrumento a ser utilizado. os principales s$mbolos de un 'F-1son/

2.2.1 ,i*"ra% *eo'-tri#a%

as fguras geom"tricas son usadas para representar !unciones de medicin y controlen el proceso, as$ como dispositivos y sistemas9 para la cual se utilizan/

2.2.1.1 C0r#"lo%

El ($rculo se usa para indicar la presencia de un instrumento y como elementodescriptor9 como s$mbolo de un instrumento representa, el concepto de undispositivo o !uncin. En la fgura .+a, se muestra un dispositivo indicador de'resin )'-*/

PI'


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4igura .+a.5 (irculo como instrumento

(omo elemento descriptor es usado para proporcionar in!ormacin acerca deotro s$mbolo. En la fgura .+b, se muestra una vlvula para el control de 4lujo)4%*/

4igura .+b.5 ($rculo como identifcador

El elemento descriptor suele llevar un cdigo proporcionando in!ormacinadicional sobre el tipo de instrumento y el tipo de variable medida. a ubicacindel instrumento en planta se indica dibujando/a. 'ara un instrumento &ue est montado en planta )puesto en el e&uipo*,

ser$a/4igura .+c.5 -nstrumento en el campo

b. 'ara un instrumento montado en un panel de control en planta.

4igura .+d.5 -nstrumento montado en panel

c. 'ara un instrumentos montado en la sala de control, el s$mbolo ser/

4igura .+e.5 -nstrumento montado en la sala de control

d. (uando el instrumento est montado en paneles auxiliares o secundarios.

FV

)

PI1

PI

1


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4igura .+!.5 -nstrumento montado en panel auxiliar

e. 'ara instrumentos montados detrs de paneles secundarios, ser$a/

4igura .+g.5 -nstrumento montado detrs de panel auxiliar

2.2.1.2 C"arao% Pe@"eo%

e usan para representar actuadores del tipo solenoide, y consiste de un cuadradocon una letra inscrita en "l.

4igura .+i.5 Gepresentacin de un actuador de solenoide

os cuadrados pe&ueos son tambi"n usados para representar actuadores depistn dibujando para esto una pe&uea @ representando el pistn y l$neas simplesy dobles para pistones de simple y doble accin respectivamente.

4igura .+j.5 Gepresentacin de un actuador de pistn

4igura .+H.5 Gepresentacin de un actuador de pistn de doble accin

El cuadrado pe&ueo puede representar tambi"n un posicionador dibujado al ladodel cuerpo de la vlvula.

F*

!

#


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4igura .+m.5 Gepresentacin de un posicionador para vlvula

2no de los ms recientes usos para los cuadrados es la representacin de blo&uesde !unciones o como indicador de !uncin.

4igura .+n.5 -ndicador de !uncin

2.2.1.3 C"arao% 8rane%Esto indica la !uncin cumplida por varios elementos no localizados en un slogabinete.

4igura .+o.5 imbolismo de control compartido

4igura .+p.5 imbolismo de !uncin compartida

2.2.2 S0'bolo% e Seale%

as l$neas de unin para env$o de seales de los sistemas de control son/

PIC

2

PIC

2

F*

+


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(uadro .+.5 $neas de eales

,"ente(-nstrumental ociety o! #merica )-#*

2.2.3 S0'bolo% e ,"n#ione%Estos s$mbolos representan las !unciones de cada instrumento y sonutilizados en el diseo de los sistemas de control automtico. # continuacin,en el cuadro adjunto se muestra una relacin de s$mbolos indicando lasrespectivas !unciones &ue representan/

(uadro .. $mbolos &ue representan !unciones

N ,UNCI;N SIM9OLO N ,UNCI;N SIM9OLO

+ 20#@


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:: 6

::

:: 6

C 1EG-%#1# d;dt +C -0-@E 6#K< .

L 02@-'-(#(-I < +L'G


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4igura ..5 Gepresentacin al!a5num"rica

2.3.1 Letra% e Ienti7#a#i&n !ara In%tr"'ento%

(ada instrumento se identifca mediante un sistema de letras, clasifcadasen cuanto a la !uncin, )cuadro .=*.

(uadro .= etras de identifcacin para instrumentos

LETRA PRIMERA LETRA LETRA SUCESIVA

VARIA9LEMEDIDA

MODI,ICADO,UNCIONES PASIVAS

; LECTURAS DESALIDA

,UNCIONESDE SALIDA

MODI,ICADAS

##nlisis

)composicin*#larma, incluye -nter5loooH y Emergencia

6 (ombustin

( (onductividad,(oncentracin Gegulacin )


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2.3.2 Co'bina#ione% Po%ible% e Letra% !ara Ienti7#a#i&n e

In%tr"'ento%'ara la identifcacin de instrumentos de control en un diagrama se hace uso deuna serie de combinaciones de letras, as$ como se muestra en el cuadro .B.


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Cuad! )5, Cm/i"aci"e# de let!a# 1a!a ide"ti6icaci0" de i"#t!ume"t# de c"t!l

P!ime!aLet!a

Va!ia/le#Medida#

C"t!lad!e#Di#1#itiv# de

#alidaI"te!!u1t!e# 7 Di#1#itiv# de T!a"#mi#i0" de Ala!ma# SolenoidesA

RlesElementosprimarios

Punto demuestreo

Registros Indicadores Registros Indicadores

" "n#lisis "RC "IC "C "R "I "S6 "S "S6 "RT "IT "T "* "E "P Combustin RC IC C R I S6 S S6 RT IT T * EC Conducti$idad) )ensidadE @oltaDe ERC EIC EC ER EI ES6 ES ES6 ERT EIT ET E* EEF FluDo FRC FIC FC FC@ FR FI FS6 FS FS6 FRT FIT FT F* FE FP

FG Cantidad de ,luDo FGRC FFIC FGR FGI FGS6 FGS FGIT FGT FG* FGEFF FluDo Promedio FFRC FFIC FFC FFR FFI FFS6 FFS76 Corriente Elctrica 6IC 6C 6SI Tiempo IRC IIC IR II IS6 IS IS6 IRT IIT IT I* IEH i$el HRC HIC HR HI HS6 HS HS6 HRT HIT HT H* HE/ /RC /IC /C /C@ /R /I /S6 /S /S6 /RT /IT /T /* /E/ RC IC C C@ R I S6 S S6 RT IT T * E5 6umedadOP Presin PRC PIC PC PC@ PR PI PS6 PS PS6 PRT PIT PT P* PE PP

P) Presin )i,erencial P)RC P)IC P)C P)C@ P)R P)I P)S6 P)S P)RT P)IT P)T P)* P)E P)PG Cantidad GRC GIC GR GI GS6 GS GS6 GRT GIT GT G* GE GPR Radiacin RRC RIC RC RR RI RS6 RS RS6 RRT RIT RT R* RES @elocidad SRC SIC SC SC@ SR SI SS6 SS SS6 SRT SIT ST S* SE TPT Frecuencia T)RC T)IC T)C T)C@ TR TI TS6 TS TS6 TRT TIT TT T* TE T)P

T)Temperaturadi,erencial

T)R T)I T)S6 T)S T)RT T)IT T)T T)* T)E

B 5ulti$ariable

@ @ibracin "n#lisis5ec#nico @R @I @S6 @S @S6 @RT @IT @T @* @E

8 Peso 8RC 8IC 8C 8C@ 8R 8I 8S6 8S 8S6 8RT 8IT 8T 8* 8E8) Peso )i,erencial 8)RC 8)IC 8)C 8)C@ 8)R 8)I 8)S6 8)S 8)RT 8)IT 8)T 8)* 8)E

*E$entoA Estado

Presencia*IC *C *R *I *S6 *S *S6 *RT *IT *T ** *E

Posicin

)imensionamientoRC CI C C@ R I S6 S S6 RT IT T * E

) Posicin )RC )IC )C )C@ )R )I )S6 )S )RT )IT )T )* )EFue"te4 Instrumental Societ? o, america %IS"&


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2.$ DIA8RAMA DE ,LUBO

os diagramas de 8ujo detallan las acciones multidisciplinarias mostradasdurante las operaciones unitarias, del proceso y de ingenier$a.

2.$.1 Dia*ra'a e Pro#e%o% o E@"i!o%# continuacin se muestran los principales e&uipos y la !orma derepresentarse/

Figura 2..- Representacin de eJuipos

18

Cicln

Columnaempacada

para destilacin

Columna dedestilacin

SecadorA"dsor$edor

Secadordiscontinuo

Secador de,aDa

Secadordetambor

SecadorRotatorio

Secadorrotatorio

etractor centri,ugo%liJuido;liJuido&

E$aporador

CirculacinA ,uera

E$aporador

Con$eccinnatural


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Figura 2..- Representacin de eJuipos

19

E$aporadorE,ecto multiple

@ibradorA protegido

6idroprotector Filtro rotatorio Precipitador

5olino

giratorio

5olino debolas

5olino de

discos

5olino de rodillos a$ador

,iltro de

bolas

Filtro prensa

TanJue


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2.$.2 >PID? Dia*ra'a e T"ber0a% e In%tr"'enta#i&n

Figura 2.!.- PKI) de parte de un Proceso de )estilacin

20

eyenda/

4@ / @ransmisor de 4lujo4-( / (ontrolador -ndicador de 8ujo4J / Gel" de 4lujo#D/ ivel con #larma de #lta@ / @ransmisor de ivel-V' / (orrienteVeumtico'J / Gel" de presin

'1-/ -ndicador 'resin 1i!erencial'1(/ (ontrolador 'resin 1i!erencial

@@ / @ransmisor de @emperatura@% / %lvula de @emperatura@-(/ (ontrolador -ndicador de @emperatura

eal (apilareal el"ctricaeal eumtica

"6 2L1

FIC 1L1

P)I!L1

T 2L1

T2L1

P)C

!L1

P*!L1

6

I;P

TICL1

TTL1

1!M

TTL1

T@ L1

F*1L1

I;P

T@ L1

FT 1L1

Producto

@apor

Producto


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(#'P@2


23/104

4recuentemente la presin es igualada a la unidad de !uerza ejercida poruna columna de 8uido, tales como el mercurio y el agua. Esto es id"ntico ala unidad de !uerza o!recida en una columna de mercurio de LC> mm dealtura sobre su base, por lo tanto es comn re!erirse a la Ypresinatmos!"rica estndarY como LC> mmDg.2na presin manom"trica negativa es llamada Yvac$oY. En adicin a lasunidades de presin conocidas tenemos el micrn WX )+A+>5CmmDg A N.ML+'a*.

3.1.1 Clasifcacin de los medidores de Presin

3.1.1.1 Se*n la Nat"rale5a e la 'eia(

# 1e presin atmos!"rica )6armetros*# 1e presin relativa )0anmetros*# 1e presin di!erencial )0anmetro di!erenciales*# 1e presin baja )0icromanmetros*

# 1e presin al vac$o )%acumetros*

3.1.1.2 Se*n el !rin#i!io e "n#iona'iento(

# 7ravitacionales )columna l$&uida*# Elsticos )de!ormacin de materiales*# 0icromanmetros )pticos, columna

l$&uida, etc*# @ransductores )conversin a seal el"ctrica*

3.1.2 In%tr"'ento% !ara 'eir Pre%i&n

3.1.2.1 8ra6ita#ionale%

on manmetros con el dispositivo ms simple para medir la presin,mediante una expresin de e&uilibrio de !uerzas hidrostticas, se tiene/

P'a* P)a8 595:5

donde/ '+a 'a / 'resiones absolutas aplicadas W'aX / 1ensidad del 8uidoWTgVm3Xg / 7ravedad WmV sX

h / #ltura WmX

22

P2a

NL

6g

Figura .2a


24/104

2$


25/104

(uando la presin absoluta aplicada 'a es YceroY, y '+a es la presinatmos!"rica, se obtiene la lectura del barmetro.

a? Man&'etro t"bo en FUF

as presiones aplicadas a ambos extremos de la Y2Y y el 8uido delmanmetro es desplazado hasta obtener la !uerza de e&uilibriohidrosttico. a ecuacin representa esta expresin es obtenida a partirde la !rmula anterior considerando las densidades manom"trica )m* ydel 8uido )+*.

P1a G P2aH >' 1? * J

donde/

'+a 'a / 'resiones absolutas W'aXm / 1ensidad del manmetro WTgV

m3X+ / 1ensidad del 8uido WTgV m3Xg / 7ravedad WmV sXh / #ltura WmX

b? Man&'etro In#linao

'ara obtener la ampliacin del desplazamiento de la columna li&uida, se puedeinclinar uno ambos brazos, o emplear combinaciones de l$&uidos.

P1a G P2aH >' 1? * J. %endonde/'+a 'a /'resiones absolutas W'aXm / 1ensidad del manmetro WZTgV m3X+ / 1ensidad del 8uido WTgV m3X

g / 7ravedad WmV sX

h / #ltura WmX / #ngulo de inclinacin

4igura 3.c.5 0anmetro -nclinado

P2a

P1a

P2a P1a

1

m

Figura .2b.- 5anmetro en BQ Simple


26/104

Foco

ente

P1a

A9ua

P2a

P"T""

P2a

P1a

Figura .'.- 5icromanmetro de et

3.1.2.2 Di%!o%iti6o% El%ti#o%

os elementos elsticos operan bajo el principio de la de8exin ode!ormacin, balanceando la presin con las !uerzas elsticas.

En estos dispositivos la presin acta sobre tubos elsticos, membranas,resortes, !uelles metlicos, etc. combinaciones de ellos, los cualesacusan desplazamiento transmitidos a un indicador sobre una escalagraduada.

a gama de presin es bastante amplia y va desde el vac$o a +>>> 0'# oms. 'or su pe&ueo tamao y su robustez de construccin, son los msusados en la industria. %eamos los ms importantes/

a? Man&'etro e t"bo F9o"r&nF

(onsta de un tubo de seccin el$ptica enrollado como un arco circular de

cierto radio, usualmente menor de 3C>[. #l aplicarse la presin al tubo,este tiende a desenrollarse y el movimiento es transmitido a una agujaindicadora por algn sistema de cremallera pin.

a b

b? Man&'etro e Diara*'a

En este caso el dispositivo elstico es unamembrana metlica ondulada fjada dentro dela caja del manmetro, y la de!ormacinoriginada por la presin se transmite alindicador por algn mecanismo de palanca ocremallera pin.

#? Man&'etro e ,"elle Metli#oEs un dispositivo parecido al !uncionamiento

de un acorden, con un !uelle metlico

Figura . .- %a& 5anmetros de Tubo ourdn %b& tubo uordon


27/104

dispuesto fjamente en la caja y el movimiento es transmitido a unmecanismo de cremallera.

3.1.2.3 Mi#ro'an&'etro%

Existen di!erentes dispositivos para medir bajas presiones como el0ceod, 6etz, 'iran$, etc.

a?Mi#ro'an&'etro e 9et5

Es de principio gravitacional, tipo di!erencial en :2;, con columnal$&uida de agua destilada. 2sa como dispositivo indicador un 8otadorcon regla graduada transparente )vidrio*, a la cual se le adiciona unsistema ptico de ampliacin y proyeccin )lentes* hacia una pantalla)con el vernier* para hacer la lectura.3.1.2.$ Tran%"#tore%

El transductor es un dispositivo para trans!ormar una variacin !$sica en unaseal !cil de el"ctrica, en una relacin conocida con la primera, a fn deprocesar y transmitir a distancia )para propsitos de registro control*.

'or ejemplo los @ransductores de presin trans!orman las de!ormaciones!$sicas en seal el"ctrica, y son apropiadas a cual&uier rango, para las lecturasse pueden interconectar con indicadores simples, o registradores especiales.

egn su principio se pueden tener transductores de/ Gesistencia,'otencimetros, capacidad, 'iezo5el"ctricos, 1e bandas, -nduccin, etc

a. Ele'ento% Ele#tro'e#ni#o%

os elementos electromecnicos de presin utilizan una menbranaelstica combinada a un transductor el"ctrico generando la sealel"ctrica correspondiente. os principales elementoselectromecnicos de presin son/

Tran%"#tore% Re%i%ti6o%

on los transductores el"ctricos ms sencillos, consisten en unelemento elstico )tubo 6ourdn o 1ia!ragma* variando la

Figura ..- Transductores de Presin %Cortes3a de 65&


28/104

resistencia hmica de un potencimetro en !uncin de la presin. Elpotencimetro puede adoptar la !orma de un solo hilo continuo obien estar enrollado a una bobina.En la fgura 3.M se puede ver un transductor resistivo el cual constade un muelle de re!erencia, un elemento de presin y unpotencimetro de precisin. El elemento elstico es el corazn deltransductor y a su de!ormacin al comprimirse debe ser nicamenteuna !uncin de la presin e independiente de la temperatura, de laaceleracin y de otros !actores ambientales externos.

El movimiento del elemento de presin se transmite a un brazomvil aislado apoyado sobre el potencimetro de precisin el cualesta conectado a un circuito de puente de \heatstone. El intervalode medida de estos transmisores depende del elemento de presin yvar$an generalmente de >53>>Hg.Vcm

)a* )b*

4igura 3.M.5 )a* @ransductor Gesistivo )b* 0anmetro bourdon y transductor resistivo

Tran%"#tore% Ma*n-ti#o%

Existen dos grupos segn el !uncionamiento/ @ransductores deinductancia variable y transductores de reluctancia variable.

Tran%"#tore% e in"#tan#ia 6ariable

"l circuito de

puente de

8eatstone

Presin

Figura ..- Transductores de Presin 5agnticos%Cortes3a de Control Inteligente&


29/104

(onsiste en el desplazamiento de un ncleo mvil dentro de unabobina al aumentar la inductancia en !orma casi proporcional alncleo contenido dentro de la bobina.

os transductores de inductancia variable tienen las siguientesventajas/ no producen rozamiento en la medicin, tienen una

respuesta lineal, son pe&ueos y de construccin robusta y noprecisan ajustes cr$ticos en el montaje. u precisin es del orden de]V5 + . El grfco siguiente muestra el !uncionamiento deltransductor.

4igura 3.+>.5 @ransductor de -nductancia %ariable

Tran%"#tore% e Rel"#tan#ia Variable

(onsisten en un imn permanente o un electroimn el cual crea uncampo magn"tico dentro del cual se mueve una armadura de

material magn"tico.

El movimiento de la armadura es pe&ueo sin contacto alguno de laspartes fjas, por lo cual no existe rozamiento eliminndose lahist"resis mecnica t$pico de otros instrumentos. os transductoresde reluctancia variable presentan una alta sensibilidad a lasvibraciones, una estabilidad media en el tiempo y son sensibles a latemperatura. u precisin es del orden de _B^.

4igura 3.++.5 @ransductor de Geluctancia %ariable

Tran%"#tore% Ca!a#iti6o%

e basan en la variacin de capacidad producida en un condensadoral desplazarse una de las placas por la aplicacin de presin como


30/104

indica la fgura 3.+. a placa mvil tiene !orma de dia!ragma y seencuentra dividida entre dos placas fjas, de este modo se tiene doscondensadores, uno de capacidad fja o re!erencia y otro decapacidad variable, puediendo compararse en circuitos oscilantes obien en circuitos de puente de \heatstone alimentados por corrientealterna.os transductores capacitivos se caracterizan por su pe&ueo tamaoy su construccin robusta, tienen un pe&ueo desplazamientovolum"trico y son adecuados para medidas estticas y dinmicas. useal de salida es d"bil necesitando de amplifcadores con el riesgode introducir errores en la medicin.

4igura 3.+.5 @ransductor o sensor (apacitivo

EKten%&'etro%e basan en la variacin de longitud y de dimetro, y por lo tanto deresistencia, teniendo lugar cuando un hilo de resistencia se encuentrasometido a una tensin mecnica por la accin de una presin.Existen dos tipos de extensmetros/ los cementados fgura 3.+3)a*!ormado por varios lazos de hilo muy fno pegados a una hoja base decermica, papel o plstico, y los sin cementar, fgura 3.+3)b*, dondelos hilos de resistencia descansan entre un armazn y otro mvil bajouna ligera tensin inicial.

)a* (ementada )b* sin cementar )c*Extensmetro

4igura 3.+3.5 Extensmetros

Tran%"#tore% Pie5oel-#tri#o%on materiales cristalinos de!ormandose !$sicamente por la accin de

una presin, generando una seal el"ctrica, los materiales t$picos enlos transductores piezoel"ctricos son el cuarzo y el titanato de bario,

Osciladorde alta

,recuencia

Se(alde

salida

Presin

6ilode

cone-in

6iloacti$o

Fuera

Fuera

ase ,le-ible6ilos

acti$os

"rman

Fuera


31/104

"mpli,icador

Presin

Figura .1!.- Transductor Pieoelctrico

capaces de soportar temperaturas del orden de 150( en serviciocontinuo y de 3>[( en servicio intermitente.

on elementos ligeros, de pe&ueo tamao y de construccinrobusta. u seal de respuesta a una variacin de presin es lineal yson adecuados para medidas dinmicas, al ser capaces de darrespuestas !recuenciales de hasta un milln de ciclos por segundo.

@ienen la desventaja de ser sensibles a los cambios de temperatura yprecisan ajustes de impedancia en caso de !uerte cho&ue. #simismosu seal de salida es relativamente d"bil necesitando deamplifcadores y acondicionadores de seal pudiendo introducirerrores en la medicin.

3.2

SENSORES DE NIVEL

os sensores de nivel de l$&uidos pueden trabajar en base a

lecturas directas tales como la sonda, cinta y plomada, instrumentoscon 8otador, nivel de cristal, o en base a medidas indirectas oinductivas como los de membrana y de presin9 tambi"n se puedenutilizar las caracter$sticas conductivas de los l$&uidos para realizarmediciones, entonces se tendrn los capacitivos, los conductivos, losresistivos, de radiacin, y otros.

El nivel )h* es a menudo usado para in!erir volumen)%*, atrav"s del rea superfcial )#* del recipiente.

% A h x #4igura 3.+C.5 Gepresentacin del %olumen

El nivel )h* puede tambi"n ser usado para calcular la masa )m*, a partirde la defnicin de la densidad )*.

' H V K

Figura .1+.- Transductor Pieoelctrico )i,erencial

a!ea A:


32/104

(uando se realicen las mediciones se deber tener cuidado con ciertascondiciones de operacin pudiendo a!ectar a los sensores.

3.2.1 Ti!o% e Sen%ore% e Ni6elos servidores de nivel pueden variar segn/

3.2.1.1 La #ara#ter0%ti#a e 'ei#i&n- ensores de medida directa- -nstrumentos basados en la 'resin Didrosttica- -nstrumentos basados en el desplazamiento- -nstrumentos basados en la emisin de rayos 7amma- ensores de ionizacin Uu$mica- @ransductores (onductor 5 Electrol$tico- @ransductores 'otencial S Electrol$tico

3.2.1.2 El ti!o e 'aterial %en%ao- ensores de nivel para l$&uidos- ensores de nivel para slidos

3.2.1.3 El ti!o e 'ei#i&n- ensores de punto fjo- ensores de nivel (ontinuo

3.2.2 ,"n#iona'iento

3.2.2.1 Sen%ore% e 'eia ire#ta

a. El Meior e SonaEl medidor de sonda consiste en una varilla o regla graduadade longitud conveniente para introducirla en el depsito. adeterminacin del nivel se e!ecta por lectura directa de lalongitud mojada por el l$&uido.


33/104

,lotador

palanca $arilla

tubo de

torsin

Figura .1.- Sensor tipo Flotador

#. Sen%ore% e ,lotaor

Estos instrumentos tienen un 8otador para experimentar la!uerza de la gravedad y la !uerza opositora del li&uido.

2n sistema 8otante simple usa un brazo r$gido indicando elnivel del l$&uido a trav"s dengulo el cual puede sermedido por un transductor deposicin )potencimetro*

'araobjetos 8otantes verticales

presenta un error debido a loscables suspensores y paraminimizarlo se utilizan8otadores de mayor rea de laseccin transversal.

Existen tambi"n los 8otadores !erromagn"ticos encontrndose sobre ell$&uido contenido en un tubo de vidrio )o cmara de vidrio*. En la parteexterna de la cmara se tiene una escala graduada tambi"n

magnetizada pero de menor poder de atraccin con respecto almagneto 8otante. El indicador de esta escala tiene dos colores, plateado

Figura .1a.- Indicador de i$el en ?pass

cristal normal

%rans&uctores &e 'iel &e lota&or

Figura .1b.- i$el de Cristal

Figura .1.- Sensores de Flotador


34/104

Indicador

Indicador

Indicador

Indicador

Flotador

Figura .2L .- Sensor de Flotador Ferromagntico

hacia el exterior y rojo hacia el l$&uido, de tal manera cuando el nivelvar$a el magneto 8otante atraer esta escala dejando el plateado haciael interior y el rojo al exterior !acilitando la lectura en la escala.

3.2.2.2 In%tr"'ento% ba%ao% en la Pre%i&n /iro%tti#a

a. Meior Mano'-tri#o

El manmetro mide la presin debida a la altura de l$&uido )h*existente entre el nivel del tan&ue y el eje del instrumento.

Figura .21.- 5edidor 5anomtrico %Cortes3a de Fortunecit?&

b. Meior e Ti!o 9"rb"eo

Emplea un tubo sumergido en el l$&uido haciendo burbujear aire mediante unrotmetro con un regulador de caudal. a presin del aire en la tuber$a e&uivalea la presin hidrosttica ejercida por la columna de l$&uido, es decir el nivel. El

manmetro puede colocarse hasta distancias de >>m.

Figura .1.- 5edidor de Tipo urbuDeo %Cortes3a de Fortunecit?&

P

aparente

-a. -/.

P

"limentacin

Tubo de cobre 1;!M O)

i$el5#imo

i$el

5inimo

Rot#metro conregulador caudal

Etremo

biselado

a& TanJue abierto

"lreceptor

5edicin deni$el

I

b& TanJue cerrado


35/104

3.2.2.3 In%tr"'ento% ba%ao% en el De%!la5a'iento

(onsisten en un 8otador parcialmente sumergido en el l$&uido yconectado mediante un brazo a un tubo de torsin unido r$gidamenteal tan&ue. El tubo de torsin se caracteriza !undamentalmente por&ueel ngulo de rotacin de su extremo libre es directamenteproporcional a la !uerza aplicada, es decir el momento ejercido por el8otador segn el 'rincipio de #r&u$medes, su!re un empuje)E* haciaarriba.

EH * . S . /

g / peso espec$fco del l$&uido / seccin del 8otadorD / altura sumergida del 8otador

Figura .2.- Instrumentos basados en el )esplaamiento %Cortes3a de Fortunecit?&

3.2.2.$ Sen%ore% ba%ao% en #ara#ter0%ti#a% el-#tri#a%

a. Meior e Ni6el Con"#ti6o o Re%i%ti6o

(onsiste en uno o varios electrodos y un rel" el"ctrico o electrnico elcual var$a cuando el l$&uido moja dichos electrodos. a impedanciam$nima es del orden de los > 0\Vcm y la tensin de alimentacin esalterna para evitar la oxidacin debido a la electrlisis9 cuando ell$&uido moja los electrodos se cierra el circuito electrnico y circulauna corriente segura del orden de los m#, el rel" electrnico disponede un sistema de retardo impidiendo su enclavamiento ante una ondadel nivel del l$&uido o ante cual&uier perturbacin momentnea. Elinstrumento se emplea como una alarma de control de nivel de alta obaja.

-a.

uera acia arribadesde la masa deliJuido desplaada

A

d

uera acia abaDoparalela a la gra$edad

-/.

6

trasductor de posicin

angular


36/104

b. El Meior Ca!a#iti6o

0ide la capacidad del condensador !ormado por el electrodosumergido en el l$&uido y las paredes del tan&ue. a capacidaddel conjunto depende linealmente del nivel, en 8uidos noconductores, se emplea un electrodo normal y la capacidadtotal del sistema se compone del 8uido y de las conexionessuperiores.

En $&uidos conductores el electrodo esta aislado usualmentecon te8n interviniendo las capacidades adicionales entre elmaterial aislante y el electrodo.

El circuito electrnico siguiente alimenta el electrodo a una!recuencia elevada, lo cual disminuye la reactancia capacitiva

del conjunto y permite aliviar en parte el recubrimiento delelectrodo por el producto.

Figura .2+.- 5edidores Capaciti$os %Cortes3a de Fortunecit? ? de Poeni&

3.2.2.4 In%tr"'ento% ba%ao% en %i%te'a% e "ltra%onio

e basa en la emisin de un impulso ultrasnico a una superfciere8ectante y el retorno del eco a un receptor. El retardo en la captacindel eco depende del nivel del tan&ue. os sensores trabajan a una!recuencia de unos > TDz. Estas ondas atraviesan con cierto

amortiguamiento o re8exin el medio ambiente de gases o vapores y sere8ejan en la superfcie del l$&uido.

Electrodoin,erior

5edicin de ni$el

"

IGBI)O

b - l3Juido poco conductor

22L$

+L6 Electrodosuperior

22L$+L6

Rel

Electrodo

"

IGBI)OCO)BCTOR

a - l3Juido conductor

el

*lctrico

R N Resistencia ,iDa

C1N Capacidad ,iDa

C2N Capacidad $ariable

c -puente de capacidades

C1

C2

R

Figura .2!c.- 5edidor de i$el Conducti$o %Cortes3a de Poeni&


37/104

En las fgura 3..C se ven disposiciones de los detectores utilizndose encaso de alarmas o de indicacin continua de nivel.

Figura .2'.- )isposiciones de los )etectores %Cortes3a de Fortunecit?&

En las aplicaciones de alarma los sensores vibran a una !recuencia deresonancia determinada amortigundose cuando el l$&uido los moja. Encaso de indicacin continua, la !uente ultrasnica genera impulsosdetectados por el receptor una vez transcurrido el tiempocorrespondiente de ida y vuelta de la onda de la superfcie del l$&uido.

3.2.2. Si%te'a ba%ao en la e'i%i&n e ra)o% *a''a

(onsiste en un emisor de rayos gamma montado verticalmente en unlado del tan&ue y con un contador 7eiger trans!ormando la radiacingamma recibida en una seal el"ctrica de corriente continua. Estesistema se emplea9 en tan&ues de acceso di!$cil o peligroso.

alarma

Montae

,u-erior

Montae

.ateral

*n aire *n l/ui&on&icacin continua

Figura .2.- Sensores Bltrasnicos de Presin %Cortes3a de 6one?4ell&


38/104

TanJue interruptor

Figura .2.- 5edidor de ni$el Radioacti$o %Cortes3a de Fortunecit?&

3.2.2. Sen%ore% e ni6el e %&lio%

e pueden distinguir/ los de puntos fjos y los de medida continua.

a. Dete#tore% e Ni6el e P"nto ,io

os sensores de nivel de punto fjo ms empleados son/ el dia!ragma,el cono suspendido, la varilla 8exible, el medidor conductivo, laspaletas rotativas y los ultrasonidos.

os sensores de nivel por punto fjo tienencomo aplicacin t$pica mantener el nivelde slido entre dos puntos m$nimo ymximo, en cada uno de los cuales hay undetector.

(uando el material descienda ms abajodel detector in!erior, este pone en marchaautomticamente la ma&uinaria dealimentacin del producto, llenndose eltan&ue hasta alcanzar el detector ubicadoen el nivel alto, instante en el cual se

detiene el llenado del tan&ue.El ciclo se repitecontinuamente.

Dete#tor e Diara*'a(onsiste en accionar un

anda de

Fuentes

Fuente

Fuentes

Receptor 1LLU

1LLU

1LLU

ni$el

ni$el

ni$el

1LL U se(al de salida



L

L

L

Interruptor

sonda

Figura .2.- 5edidor de i$el


39/104

interruptor automticamente cuando entra en contacto con unamembrana. El material del dia!ragma puede ser tela, goma, neopreno ofbra de vidrio.

Esta t"cnica tiene como ventajas su bajo costo y tambi"n puedeemplearse en tan&ues cerrados, sometidos a baja presin. u

desventaja es no permitir materiales granulares de tamaos superioresa unos M>mm de dimetro. @iene una precisin de +/- B>mm.

4igura 3.3>.5 1etector de 1ia!ragma

Cono S"%!enio

El cono suspendido, acciona uninterruptor cuando el nivel delslido lo alcanza, puede usarsecomo nivel de alta o de baja. Es

un dispositivo barato, pero seusa slo en tan&ues abiertos yse debe tener cuidado delmaterial al ser descargado sobreel tan&ue para no daarlo. ususos t$picos son en carbn,

grano y caliza.

Varilla ,leKible

(onsiste en una varilla de aceroconectada a un dia!ragma de latn

donde est contenido el interruptor. Elmaterial, al entrar en contacto con lavarilla lo acciona. Este dispositivo slose usa como detector de nivel de alta yse emplea en tan&ues abiertos. 'araevitar !alsas alarmas por vibracin oca$da del material, se suele incorporarun retardo al dispositivo, es usado enmateriales como el carbn y tiene unaprecisin de ]V5 B mm.

Paleta% Rotati6a%

(onsiste en un motor s$ncrono en cuyo eje vertical, tiene acopladospaletas9 cuando el nivel de los slidos llega hasta trabarse, entoncesel soporte del motor trata de girar en sentido contrario, accionando ados interruptores, uno como indicador de nively otro desconecta el motor, cuando el nivel baja,y las paletas &uedan libres para girar, elmotor vuelve ha !uncionar y a hacer girar laspaletas hasta la subida del nivel de slidos

nuevamente.

cono

cabealde goma

interruptor

Figura .1.- Cono suspendido

n&ica&or

Figura .2.- @arilla Fleible


40/104

Figura ..- Paletas Rotati$a %Cortes3a de 6one?4ell&

El eje de las paletas puede ser 8exible o r$gido, para adaptarse as$ a lasdiversas condiciones de trabajo dentro del silo, incluso puede hacerseeste dispositivo para soportar presiones )bajas* y a prueba de

explosiones. @ienen una precisin de ]V5 25 mm y pueden trabajar conmateriales de diversasdensidades.

b. Dete#tore% e ni6el #ontin"o

os medidores de nivel continuoms empleados son/ el de pesomvil, el de bscula, elcapacitivo, el de presindi!erencial, el de ultrasonidos y el

de radiacin.

Meiore% e ni6el e !e%o '&6il

(onsiste en sostener un peso mvil con un cable desde la parte superiorde un silo, mediante poleas9 el motor y el programador situados alexterior establecen un ciclo de trabajo del peso, como se ve en la fgura3.3.=, cuando el material alcanza al peso, se activa el motor y lo sube, yluego lo baja hasta chocar este con el material nuevamente,repiti"ndose el ciclo.

Meiore% e ni6el e b%#"la

(onsiste en pesar toda la tolva, con material, determinando el nivel delmaterial indirectamente, a trav"s del peso.

El sistema es caro, en caso de grandes tolvas, puede trabajar a altaspresiones y temperaturas, su precisin llega a ]V5+^ de error.

RelV

Programador

? detector

Figura .!.- 5edidores de Peso 5$il

n&ica&or

Motor

Figura .+.- 5edidor de #scula


41/104

Meior e ni6el e "ltra%onio%

Esta t"cnica tambi"n puede usarse como medidor de nivel por puntosdonde se dispone un emisor y un receptor de ultrasonido, en !ormahorizontal como muestra la fgura, cuando el receptor deja de recibir elultrasonido, se debe a la inter!erencia del material entre el emisor y elreceptor, activndose la alarma indicadora de nivel.

a manera de usar el ultrasonido para una medida de nivel continuo esdisponer el emisor y el receptor verticalmente, enviando una onda haciael material el cual rebota en "l, llegando hasta el receptor9 el tiempo de

retardo depende de la altura del material.El sensor es adecuado para sistemas con mucho polvo, humedad,humos o vibraciones9 si la superfcie de nivel no es regular puede darmedidas errneas. @iene una precisin de ]V5 +y es construido a pruebade explosiones.

4igura 3.3C.5 0edidor de nivel de 2ltrasonidos

Meior e Ni6el e Raia#i&n

@rabaja de manera similar al caso de los l$&uidos, se dispone el emisory receptor de rayos gamma como se muestra en la fgura 3.3M, elnivel de los slidos &ueda determinado por el grado de radiacinrecibido, en relacin con el emitido. iendo proporcional a la cantidadde material interpuesto entre emisor y receptor.

4igura 3.3M.5 0edidor de ivel de Gadiacin

El instrumento puede trabajar a temperaturas de hasta +3>> [( y

)etector

Fuente


42/104

presiones de hasta +3> HgVcm. #dmite control neumtico oelectrnico, aun&ue es de costo elevado y debe ser calibrado paracada tan&ue. olo se puede usar en materiales a &uienes no a!ecte laradiactividad. u precisin es de ]V5+^y su campo de medida es de>.B m por cada !uente.

3.3 SENSORES DE ,LUBO

El 8ujo nos dice cuan rpido se esta moviendo un 8uido. 'uede serexpresado de tres maneras/ 8ujo volum"trico, 8ujo msico y velocidadde 8uido. El 8ujo volum"trico )Q * indica el volumen de un 8uidopasando por un punto en una unidad de tiempo [m3Vs]. 4lujo msico )Qm* esta dado en unidades de masa en una unidad de tiempo [HgVs]. avelocidad del 8uido )Qv) es expresada en [mVs]. Estas tres cantidadesestn relacionadas/

Q A 8ujo volum"tricoQm 8ujo msico A U `Qv A velocidad de 8uido A Q/!

1onde, es la densidad de 8uido y # es el rea de la seccintransversal.

a diversidad de propiedades de los distintos materiales hace necesario

una seleccin del tipo de transductor a utilizar. En general lostransductores de 8ujo estn divididos en dos grupos el primerointroduce una obstruccin y utiliza la energ$a de 8uidos para podermedirlo a trav"s de la presindi!erencial tales como/ elorifcio, el ventur$, los tubosde pitot, las turbinas, laspaletas y los rotmetros9 elsegundo denominados nointrusivos incluyen last"cnicas electromagn"ticas yde ultrasonido.

3.3.1 Pla#a Ori7#io

Es el ms simple de losmedidores por presin

di!erencial. e coloca unaplaca con un orifcio en lal$nea de 8uido, la ca$da de

EmisorReceptor


43/104

presin originada por el instrumento es medida con un transductor depresin di!erencial.

4igura 3.3N.5 'laca


44/104

4igura 3.=>.5 %entur$

3.3.3 VorteK

2no de los medidores de 8ujo mas usados en la industria y lainvestigacin es el %


45/104

4igura 3.=+.5 1ireccin de las 'erturbaciones

3.3.3.2 Cara#ter0%ti#a% Prin#i!ale%(

# e puede usar en l$&uidos, gases o vapores.# 'osee partes no movibles.# os contactos del sensor no estn expuestos al proceso del

8uido.# 'osee un error aproximado de >.3 ^ de la velocidad.# eal anlogica de salida estndar de =5> m#.# 'resenta compensamiento ante posibles vibraciones en el

proceso.# e presenta en componentes integrados o de control remoto.# alida de voltaje pulsante para integrar el sistema en una

estrategia de control.

3.3.$ Sen%or Ma*n-ti#o e ,l"o

3.3.$.1 Prin#i!io e o!era#i&n

El principio de operacin del 8ujmetro est basado en la ley de4araday, en la cual el estado del voltaje inducido a trav"s de todoconductor se mueve en ngulo recto respecto a un campo magn"ticosiendo proporcional a la velocidad de ese conductor.

E H VQ9QD

1onde/

E / %oltaje generado en conductor % / %elocidad del conductor6 / (ampo 0agn"tico 1 / 1imetro del conductor

Figura .!2.- 5edidor de FluDo @ORTEmicrones*, esta t"cnica demedicin utiliza el !enmeno !$sico de la onda de sonido cambiando de!recuencia cuando es re8ejada por discontinuidades mviles en un 8uidoli&uido.

2n sistema t$pico incorpora un transmisor VindicadorV totalizador y un transductor. Esteltimo es montado en el exterior del tubo, elcual es manejado por un oscilador de alta!recuencia en el transmisor, a trav"s de uncable de interconexin, generando una sealultrasnica, la cual es transmitida a trav"s deltubo hacia el 8uido l$&uido. El transmisor midela di!erencia entre su !recuencia de entrada ysalida conviertiendo esa di!erencia en pulsoselectrnicos, los cuales son procesados para

generar voltajes o corrientes de salida. #dicionalmente los pulsos sonescalados y totalizados para medir la cantidad de 8ujo.

os niveles de potencia deltransmisor y la confguracindel transductor sonseleccionados para poderacomodarse a diversos tipos de8uidos, tamao de tubos, etc.

El transmisor tambi"n incorpora una circuiter$a permitiendo ajustar elumbral de la seal, eliminando los indeseables ruidos ambientales

)mecnicos y el"ctricos*. Este sensor se utiliza para 8uidos muy densosal no existir contacto con el 8uido.

FBI)O

@EOCI)") @

PRO)BCTO IGBI)O

TBERI" )E FBI)O

)I"5ETRO )

RE@ESTI5IETO5"7ETICO

IE"S5"7ETIC"S

@OT"HE E

EECTRO)O

Figura .!+.- Sensor de FluDo Bltrasnico%Cortes3a de Scillig&


47/104

3.3. ,l"&'etro% T-r'i#o%

os 8ujmetros t"rmicos ubican un elemento caliente en algn puntopor donde circula el 8uido. e produce una trans!erencia de calor delelemento al 8uido en una cantidad determinada por la di!erencia detemperatura entre ambos, el calor espec$fco del 8uido, la velocidad del8uido y el perfl del 8ujo.Existen dos m"todos en base a la trans!erencia de calor. El primero, deconveccin t"rmica, mide el calor perdido del elemento caliente, y elsegundo, de 8ujo constante de calor, mide el cambio de temperatura enel 8uido debido al calor absorbido.

a. ,l"&'etro% e #on6e##i&n t-r'i#a

0iden la velocidad de un 8uido mediante el sensado de calor perdidodel elemento caliente, este puede ser un dispositivo resistivo, comoun enrrollamiento de tungsteno, un termistor o una pel$cula delgadade metal, siendo calentado por encima de la temperatura ambientedel 8uido, pasando una corriente a trav"s del mismo.

a cantidad de calor trans!erido esta dado aproximadamente por laley de Ting/

P H A >Te T? >Co C1612?

1onde/

' A (antidad de calor trans!erido 'otencia Entregado )\*@e A @emperatura del elemento caliente )[(*v A %elocidad del 8uido )mVs*(o,(+A ctes. emp$ricas determinadas por la estructura del elementocaliente y del calor

espec$fco del 8uido.# A #rea e!ectiva del elemento caliente )m*

@! A @emperatura del 8uido )[(*

4igura 3.=C.5 Es&uema de 4lujmetro de (onveccin t"rmicai se considera el e!ecto de Koule donde relaciona el calor trans!eridoo potencia entregada con la corriente y la resistencia del elemento

ALIMENTACIO

FLU;O

CALOR

TRANSFERIDO

POR ELEMENTO

CALIENTE

CONDUCTO

SENSOR DETEMPERATUR

ELEMENTO

A

SENSOR DETEMPERATURA


48/104

caliente, se tiene/

P H I2R

1onde/ ' A calor trans!erido o potencia entregada )\*,- A corriente a trav"s del elemento )#*,

G A resistencia del elemento )ohm*Gelacionando ambas ecuaciones tenemos/

I2 H A>Te T?>Co C1612?R

# Esta ecuacin tiene cuatro variables -, @e, @!y v.

# (omo G est relacionada con @e para cual&uier elementoresistivo, podremos resolver v manteniendo - o G constante.

# i se mantiene - constante, la temperatura del elemento variaren gran proporcin al variar v. Esto implicara una bajasensibilidad a altas velocidades y un posible recalentamiento del

elemento para bajas velocidades.# 'or lo tanto se mantendr constante G, y @econstante.

# $ tambi"n conoci"ramos @! entonces se podr$a expresar v en!uncin de -. Expresando las constantes como T+y Tse tiene/

V H :1>I2 :2?2

Ele'ento% Caliente>%ona?(

# a sonda de enrollamiento caliente se usa para medir lavelocidad del aire.

# as pel$culas metlicas delgadas tienen aplicacin para medir lavelocidad del aire en rangos supersnicos.

# os sensores se usan en medicin del 8ujo de sangre.

b. ,l"&'etro% e "o #on%tante e #alor

El 8ujo promedio de masa de un 8uido puede ser determinadoentregndole una cantidad conocida de calor y midiendo el cambio detemperatura corriente abajo. El 8ujo promedio de masa esta dado por/

, H @ C>T T"?

1onde/4 A 8ujo de masa )HgVs*( A calor especifco del 8uido KV)Hg T*,

@u A @emp. del 8uido antes del elemento caliente )[(*@d A @emp. del 8uido despu"s del elemento caliente )[(*& A cantidad de calor agregado )\*

as temperaturas pueden ser medidas usando termistores otermocuplas.

#un&ue esta t"cnica es directa, es di!$cil obtener una buena precisin,por ello el calor puede 8uir a trav"s de las paredes del conducto o

por&ue el segundo sensor de temperatura puede encontrarse muyalejado del elemento caliente, perdi"ndose uni!ormidad en la


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distribucin de calor, acentuando el problema de la p"rdida de calor.3.3. Rot'etro

El rotmetro es un indicador de 8ujo industrial usado para la medicinde l$&uidos y gases.

3.3..1 Prin#i!io e "n#iona'iento

u operacin est basada en el principio de rea variable, donde el8ujo del 8uido actua sobre un 8otador en un tubo delgado,incrementando el rea de paso del 8uido.

#nte un aumento del 8ujo la altura del 8otador es incrementada,siendo directamente proporcional al 8ujo.

El 8otador se mueve de !orma vertical en el tubo en proporcin, al8ujo del 8uido y al rea entre el 8otador y las paredes del tubo,alcanzado una posicin de e&uilibrio entre la !uerza ejercida por el

8uido y la !uerza gravitacional.'ara satis!acer el e&uilibrio de

!uerzas, el 8otador del rotmetro asumedistintas posiciones para cada 8ujo del8uido.

El rotmetro es muy popular por&uetiene una escala lineal, un gran rango demedicin y una baja ca$da de presin, essimple de instalar y mantener, puede serconstruido con diversos materialesdependiendo del rango de presiones y

temperaturas en la cual va a trabajar.El tubo puede ser de vidrio y el 8otador deacero inoxidable para !avorecer laresistencia a la corrosin. a escala del rotmetro puede sercalibrada para una lectura directa del 8ujo del l$&uido o aire.

7R"@E)")

EGBIIRIO

FOT")OR

FBHO

1LL

L

L

L

'L

+L

!L

L

2L

1L

REscal

a

Figura .!.- Rot#metro

Figura .! Tipos de Rot#metros %Cortes3a de usiness&


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3.3.W Sen%or ti!o De%!la5a'iento

os transductores de desplazamiento de 8ujo poseen bsicamentedos partes/

(onversor de 8ujo a movimiento mecnico rotatorio. (onversor de movimiento mecnico rotatorio a seal el"ctrica.

3.3.W.1 Ti!o% e Sen%ore% e De%!la5a'iento e "o

a. Ti!o Paleta%

2sado en l$&uidos de baja a mediana densidad y4lujos de a =C> gpm

b. T"rbina #on "o aKial

2tilizado en l$&uidos de baja densidad y 4lujos desde >.+ a >> lpm.

#. En*ranae% e e%!la5a'iento !o%iti6o

Empleado en l$&uidos de alta densidad corrosivos y en4lujos de > a +>> lpm.

. Ma*n-ti#o%

e basan en la colocacin de un imnen la parte del sistema mecnico dedonde se re&uiere obtener la sealel"ctrica proporcional al 8ujo.

Figura .+L.- Paletas Foto %cortes3a deOmega&

ra .+1.- Tipo turbina con ,luDo "ial %Cortes3a de Scillig&

Figura .+2.- 5agnticos %Cortes3a de Scillig&


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e. 9obina

a bobina se coloca para recibir un 8ujo magn"tico variable, yproducir una seal el"ctrica continua o pulsante, cuyo periodo esproporcional al valor del 8ujo.

. Se'i#on"#tor e ee#to /all2n dispositivo de e!ecto Dall se coloca en la cercan$a del imn el

cual al girar con el 8ujo provoca en la salida del dispositivo Dall un pulsoel"ctrico.

El periodo de los pulsos es proporcional al valor del 8ujo sensado, esideal para l$&uidos corrosivos debido a la inexistencia de contactoexterno.

*.O!ti#o%

e usan para l$&uidos transparentes existen paletas unidas al eje de

la turbina blo&ueando un haz de luz, emitido y recibido por elementospticos in!rarrojos.

El per$odo de los pulsos recogidos por el receptor in!rarrojocorresponden al valor del 8ujo.

3.$ SENSORES DE TEMPERATURAa 0edida de la temperatura constituye una de las mediciones mscomunes e importantes e!ectadas en los procesos industriales,estableci"ndose sus limitaciones segn el tipo de aplicacin, laprecisin, velocidad de captacin, distancia entre el elemento demedida y el aparato receptor y por el tipo de instrumento indicador,registrador o controlador necesario.e utiliza una gran variedad de transductores para medir temperatura,algunos de ellos la convierten directamente en una seal el"ctrica, yotros emplean la combinacin con un transductor.

os transductores de temperatura ms comunes son/# 6andas 6imetlicas.# @ermopares.# 1etectores de temperatura resistivos )G@1*.# @ermistores.# ensores de semiconductor.# 'irmetros de radiacin.

os metales puros tienen un coefciente de resistencia de temperaturapositivo bastante constante, por lo tanto el !actor de proporcionalidadentre la resistencia y la temperatura es una l$nea recta.#l usar un alambre de metal puro para la medicin de temperatura, se lerefere como detector resistivo de temperatura# o $%& '$esistive

@emperature 1etector*.

3.$.1 Ter'&'etro% e Virio


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Este instrumento posee un depsito de vidrio el cual contiene un lujocuyo cuerpo se dilata por accin de calor expandi"ndose a trav"s deltubo capilar graduado para medir la temperatura en las unidadessealadas por el termmetro.os mrgenes de trabajo de los

8uidos empleados son/

0ercurio 5 3B hasta ]M>[(

'entano 5 >> hasta ]>[(

#lcohol 5 ++> hasta ] B>[(@olueno 5 L> hasta ] +>>[(

3.$.2 9ana o Cinta 9i'etli#a

Este sensor se construye por medio de dos cintas unidas de metales di!erentes,debido a la di!erencia en los coefcientes de expansin t"rmica de los dos

metales, el calentamiento de toda la cinta origina la mayor expansinlongitudinal9 de como las cintas estn soldadas a lo largo de toda su extensin,toda la cinta se doblar en la direccin del metal expandi"ndose menos. aextensin del doblamiento es proporcional al cambio de temperatura. i unextremo de la cinta esta sujeto frmemente, mientras el otro esta libre, lamagnitud del doblamiento se puede emplear para indicar el cambio detemperatura. Esto se puede lograr uniendo un transductor de posicin al extremolibre de la cinta y calibrar su desplazamiento de acuerdo con los cambios detemperatura.

En el grfco adjunto se muestra el principio de !uncionamiento de estesensor, observando el arco descrito despu"s de incrementar su

temperatura.

Figura .+.- Termmetro de @idrio %Cortes3a de "n$i&


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4igura 3.B=.5 @ermmetros 6imetlicos

as ventajas al trabajar con termmetros bimetlicos, son/

# Gpida respuesta e indicacin exacta de la temperatura.

# Estructura maciza y !uerte para trabajar en condiciones di!$ciles.# 4cil lectura.# imple y conveniente calibracin# a exactitud de medicin no es a!ectada por los cambios deambiente en su cubierta.

# El visor de medicin puede instalarse a distancia del punto censado.# e puede aplicar en ambientes corrosivos y de alta presin.# 'recisin de _ + ^

Estos transductores tambi"n pueden ser empleados como interruptores,utilizando los movimientos de la cinta para activar o desactivar e&uiposy su rango de aplicacin var$a desde los 5.3( hasta MB(.

3.$.3 Ter'o#"!la%

as termocuplas, tambi"n llamados comnmente %ermopares# seutilizan extensamente, o!reciendo un rango de temperaturas msamplio y una construccin robusta. #dems, no precisan alimentacinde ningn tipo y su reducido precio los convierte en una opcin muyatractiva para grandes sistemas de ad&uisicin de datos. in embargo,para superar algunos de los inconvenientes inherentes a los termoparesy obtener resultados de calidad, es importante entender la naturaleza

de estos dispositivos.

3.$.3.1 Prin#i!io e ,"n#iona'iento

El comportamiento de un termopar se basa en la teor$a del gradiente,segn la cual los propios hilos constituyen el sensor. (uando se calientauno de los extremos de un hilo, le produce una tensin en !uncin delgradiente de temperatura desde uno de los extremos del hilo al otro, y elcoefciente de eebecH, una constante de proporcionalidad, var$a de unmetal a otro.

El sensor es un circuito !ormado por dos cables distintos, unidos en

ambos extremos, desarrollando un voltaje proporcional a la di!erencia detemperaturas en las dos uniones a las cuales se les conoce como junturade medicin y juntura de re!erencia. Esto se puede observar en la fgurasiguiente.

Huntura de Re,erencia Huntura de 5edicinFluDo de corriente

5etal "

5etal

lama


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4ig 3.BB Gepresentacin delas uniones o juntura de una @ermocupla

4igura 3.BC.5 @ipos de @ermopares y accesorios )(ortes$a de > 5 3L>>.>>L 5+3.=NN

(ontaminado !cilmenteGe&uiere proteccin

(@ungsteno B^Genio )]*@ungsteno C^ Genio )5*

3>>> 5 =>> 5 o resiste la oxidacin

E(romel )(r 5i* )]*

(onstantan )(u 5 i* )5*3 5 +M>> > S LB.+ El de mayor voltaje V [(

K#cero )]*

(onstantan )5*53>> S +C>> 5L.B S B>.>B

#tms!era reductora. Dierrose oxida a altas

T(romel )]*#lumel )5*

53>> S 3>> 5B.B+ S B+.>B #tms!eras > 5 3>> 5

2so general. 0ejorresistencia a oxidacin.

G'latino +3^ Godio )]*

'latino )5*3 5 N>> > S +M.C3C

#tms!era > > S +B.NLN

(ontaminado !cilmente#tms!era > S LB> 5B.M S >.M>

Estable a temp.(ryog"nicas

#tm.


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,"ente(-nstrumentacin para -ngenieros de 'roceso

4igura 3.BL.5 (aracter$sticas de salida de termopares

3.$.$ Dete#tore% e Te'!erat"ra Re%i%ti6o% >RTD?

El cambio en la resistencia de un metal hace posible medir latemperatura a trav"s del paso de corriente el"ctrica. a construccinclsica de un G@1 consiste en una bobina de alambre delgado de cobre,n$&uel o platino fjado a un bastidor de soporte. @ambi"n se !abricandepositando una pel$cula delgada de platino sobre un substrato decermica. Estos G@1s, re&uieren menos platinoy son ms baratos. os G@1s se caracterizanpor tener una excelente linealidad en el rangode operacin.

'ara trabajos a baja temperatura se emplean

resistencias de carbn. (uando se necesitabajo costo se emplean cobre y n$&uel, pero conla desventaja de una linealidad reducida.

os rangos de los G@1s var$an entre +> ohmspara los modelos de jaula y varios miles deohms para los G@1s de pel$cula metlica.

# 'ara detectar cambios de resistenciapresentes en los G@1s se emplean puentesde \heatstone. 4ig. 3.C> @ermmetroGesistivo

)(ortes$a de Endress*

L 1LLL 2LLL LLL

Tem1e!atu!a -


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a aplicacin de este sensor, se realiza en cual&uier actividad industrial ylos rangos de temperaturas9 segn el material utilizado son/

# 'latino / 5>> a CB> [(# (obre / 5+>> a C> [(

# $&uel / 5+>> a >B [(# 'el$cula de platino / 5B> a BB> [(

3.$.$.1 Ventaa%

# (omportamiento lineal en amplio rango de operacin.# #mplio rango de temperatura, aplicacin para altas temperaturas.# 4cil de intercambiar )estndar*.# 0ejor estabilidad a altas temperatura.# #lta relacin seal a ruido/ mejora la exactitud y permite distancias

mayores entre el sensor y el e&uipo de medicin.

3.$.$.2 De%6entaa%# a magnitud de la !uente de corriente debe ser menor a Bm# para

no causar un aumento de temperatura )+[( * en el G@1.# 6aja sensibilidad.# #lto costo.# o sensa la temperatura en un punto.# #!ectado por cho&ues y vibraciones.

3.$.4 Ter'i%tore%

os @ermistores son semiconductores electrnicos con un coefciente detemperatura de resistencia negativo de valor elevado y presentando unacurva caracter$stica lineal cuando la temperatura es constante.

'ara obtener una buena estabilidad en los termistores es necesarioenvejecerlos adecuadamente.

os termistores se conectan apuentes de (eatstone convencionales o aotros circuitos de medida deresistencia. En intervalos amplios detemperatura, los termistores tienencaracter$sticas no lineales. on de

pe&ueo tamao y su tiempo derespuesta depende de la capacidadt"rmica y de la masa del termistorvariando de !racciones de segundo aminutos. )(ortes$a de gmelectronica*

os termistores encuentran su principal aplicacinen la compensacin detemperatura, como temporizadores y como elementos sensibles envacumetros.

os termistores, son detectores resistivos !abricados normalmente desemiconductores cermicos, o!recen una impedancia mas alta con

Figura .'1.- 5ontaDe de Termistores Comerciales%Cortes3a de gmelectronica&


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respecto a los G@1, la reduccin de los errores provocados por los hilosconductores hacen bastante !actible el uso de la t"cnica de dos hilos. ualto rendimiento )un gran cambio de resistencia con un pe&ueo cambiode temperatura* permite obtener medidas de alta resolucin y reducean ms el impacto de la resistencia de los hilos conductores. 'or otraparte, la baj$sima masa t"rmica del termistor minimiza la carga t"rmicaen el dispositivo sometido a prueba.

(omo inconveniente del termistor es su !alta de linealidad. Exigiendo unalgoritmo de linealizacin para obtener mayores resultados.

3.$. Tran%"#tore% e Te'!erat"ra 9a%ao% enSe'i#on"#tore%

Existen muchos dispositivos basados en la sensibilidad t"rmica de lossemiconductores para !uncionar como transductores. os tres tipos ms

comunes son/ las resistencias semiconductoras volum"tricas, los diodos ylos circuitos integrados.

3.$..1 Re%i%ten#ia% %e'i#on"#tora% 6ol"'-tri#a%

on los dispositivos semiconductores ms sencillos. %ar$an su resistenciacon un coefciente positivo de temperatura de >,L^ por [(. @rabajan enun rango de temperaturas desde los 5CB[( hasta los >>[( siendorazonablemente lineales )_>.B^*. @ienen el aspecto de resistencias de \ y su resistencia nominal va desde +>hasta +>Hcon tolerancias

de +^ a >^. on dispositivos de bajo costo.

u principal desventaja, se debe a los e!ectos del propio calentamiento.

3.$..2 Dioo% %e'i#on"#tore%

u principio de !uncionamiento se basa en la proporcionalidad del voltajede juntura el diodo a la temperatura del mismo, para los diodos de $liceel !actor de proporcionalidad es de 5.m%V[( . os rojos de temperaturasde este sensor es de 5=>[( hasta +B[(. on muy utilizados por su bajocosto, lineales, bastante lineales y de respuesta rpida.

1esventaja/ dos diodos del mismo tipo pueden tener di!erentes valoresiniciales de voltaje de juntura, por lo tanto se deben incluir circuitos decalibracin.

3.$..3 Cir#"ito% Inte*rao%

Este tipo de transductor es altamente lineal y el porcentaje de error esmenor al >.>B^ en cierto rango de temperatura.

(omo trabaja con corrientes el ruido no lo a!ecta, y como estas sonpe&ueas el calentamiento propio es despreciable. #dems puede ser

utilizado como un sensor remoto de temperatura pues las ca$das en lal$nea sern muy pe&ueas.


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CAPTULOCAPTULO$CONTROLADORES

os controladores son los instrumentos diseados para detectar y corregir

los errores producidos al comparar y computar el valor de re!erencia o :etpoint;, con el valor medido del parmetro ms importante a controlar en unproceso la actuacin puede ser de !orma clsica de acuerdo al tamao ytiempo de duracin del error, as$ como la razn de cambio existente entreambos o aplicando sistemas expertos a trav"s de la lgica di!usa y redesneuronales.

#ctualmente en la industria y servicios realiza el control de las variablesde operacin sensores inteligentes, los controladores lgicos programables)'(*, supervisando y ad&uiriendo los datos a trav"s de las computadorespersonales e integrndolas por una red y logrando un sistema de controldistribuido ) puntos, todos discretos, y sin ningn tipo de


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redundancia9 hasta '(s con capacidad de B>> o ms puntos analgicos ydiscretos, de ejecutar lazos )'-1* proporcional integral derivativo, monitoreode variables analgicas, matemticas relativamente complejas, y algunaredundancia.

El (ontrolador gico 'rogramable )'(* es un dispositivo electrnicocon una memoria programable para almacenar instrucciones e implementar!unciones espec$fcas, consta de un procesador de = elementos principales/

a. 2nidad central de procesamiento )('2*b. 0emoriac. uministro de energ$ad. -nter!ase de entrada y salida )-Va

U"idad

Ce"t!al de

P!ce#

Mem!ia

Secci0"

de Salida

Secci0"

de E"t!ada

U"idad de P!9!amaci0"

5otoresdearranJueuces$#l$ulas)ispositi$osInteligentesAetc.

InterruptoresSensores)ispositi$osinteligentesAetc.


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Es el componente principal de un '( y contiene uno o msmicroprocesadores para el control del mismo. El ('2 maneja tambi"n lacomunicacin e interaccin con otros componentes del sistema.

b? Me'oria

a memoria de un '( es bsicamente de dos tipos/ memoria paraoperacin del sistema y memoria de usuario.

a memoria para operacin del sistema esta basada en una memoriade solo lectura, no voltil )GaEl PC usa una ,uente de alimentacin la cual suministra energ3a. Eisten PCWs

con una alimentacin de red de 11+ @"C 2L @"C. a ,uente de alimentacinrecibe la tensin ? la distribu?e a los componentes del PC.

d. Secci0" de E"t!ada

a seccin de entrada de un PC realia dos tareas $itales0 tomar las se(ales ?proteger al CPB. El modulo de entrada con$ierteA las se(ales analgicas a digitalesen ni$eles lgicos reJueridos por el CPB.

e. Secci0" de Salidaa seccin de salida del PC pro$ee de conein a los actuadores ? e$entos. os

mdulos de salida pueden ser acondicionados para maneDar $oltaDes )C o "CApermitiendo el uso de se(ales de salida analgicas o digitales. Son comerciales los

5emoriaPrincipal

R"5Interna

Bsuario5emoria

I;O5emoria

Inter,ase deComunicaciones

Temporiador

C

P

U

I?O

I

N

T

E

R

F

A

S

ESuministrode

energ3a

I;OBS

)atos BS

)ireccinBS

)ireccinBS


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mdulos con A 1' ? 2 salidas.

En la actualidad las arJuitecturas de los PCWs $iene aumentando su capacidad deprocesamiento as3 como su $elocidad ? disminu?endo su tama(oA permitindolesmaneDar etapas enteras de grandes procesos. Estos adelantos en suscon,iguraciones nos permiten tener PCWs adecuados para distintas aplicaciones.

+5'5' S6t@a!e 1a!a PLCEl est#ndar internacional IEC-l11 de,ine + lenguaDes para PCA estos son0

- a lista de instrucciones- El lenguaDe escalera %ladder& o de contactos- El lenguaDe literal- os bloJues de ,uncin ?- El diagrama gr#,ico secuencial %seJuential cart diagram&.

+5'5) Cm1"e"te# de u" PLC

a) IPBT REXS %contactos&.- F3sicamente eisten ? reciben se(ales deinterruptores s4itcA sensoresA etc. T3picamente no son relsA son en algunasocasiones transistores.

b& ITER" BTI* REES %contactos&.- o reciben se(ales del eterior ni eisten,3sicamente. Son rels simulados donde el PC no necesita los rels eternosY sonprogramados mediante so,t4are como bobinas de apertura ? cierre de contactosA

c& COT")ORES.- o eisten ,3sicamente. Son simulados ? pueden serprogramados para contar pulsos %$entanas de tiempoA retardosA etc&. T3picamenteestos contadores pueden ser crecientes o decrecientes ? tienen un l3mite deconteo el cual es programadoY en algunos casos eisten contadores de alta$elocidad basados en un ard4are eterno.

d& TI5ERS.- Tampoco eisten ,3sicamenteA $ienen en mucas $ariedades eincrementos de paso. os m#s comunes son los de retardo de encendido %on Zdela?&A otros inclu?en retardo de apagado %o,, Z dela?&Y ambos tipos son de granuso actualmente.

e) OBTPBT RE"*S %bobinas&.- Se conectan al eteriorA eisten ,3sicamente ? en$3anse(ales encendido-apagado % on;o,, & a relsA interruptoresA contactosA transistoresAtriacsA optocouplasY en ,inA depende del dise(o ? salida escogida.

,& )"T" STOR"7E.- Son registros asignados para almacenarA procesar ? manipulardatos temporalmente. Ellos pueden ser usados tambin para almacenar datoscuando la ,uente del PC es remo$idaY es un sistema mu? con$eniente ?necesario.

+5'5( O1e!aci0" del PLC

Bn PC trabaDa continuamente siguiendo un programaA en este ciclo se obser$an importantes pasos0


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Pa# '4 Comprobacin del estado de las entradas.- el PC lee cada entrada ?determina su estado %on;o,,& ? las almacena en la memoria para ser usados en elsiguiente paso.

Pa# )4 EDecucin del programa.- uego el PC eDecuta el programaA instruccin porintroduccin. Pudiendo cambiar el estado de las salidas de acuerdo a las entradas. Elresultado se guarda en la memoria para el siguiente paso.

Pa# (4 "ctualiacin de los estados de salida.- Finalmente el PC actualia losestados de las salidasA esto se basa en las entradas le3das durante el primer paso ?los resultados de la eDecucin del programa durante del segundo paso. )e estamanera tenemos una $ista r#pida de cmo trabaDa un PC. Repitiendo el ciclocontinuamente.

+5'5+ Fa/!ica"te# de PLC

Presentamos una lista de ,abricantes de PC0

- " "l,a a$al

- "llen - radle? Festo;ec= electronic

- 7roupe Scneider 6one?4ell

- 5itsuubisi Omron

- Roc=4ell "utomation Scneider "utomation

-

Siemens TelemecaniJue- Tosiba Triangle Researc

+5) SISTEMAS DE CONTROL DISTRIBUIDO -DCS.

)CS es un acrnimo Distributed Control System. Su aplicacin comen amediados de los LsA como una e$olucin natural desde los microcontroladoresA ? enreemplao del control digital directo por computadoraA e$olucionado con los adelantoselectrnicos. Tiende a ser un sistema grandeA con capacidad de maneDo de m#s de1LALLL entradas;salidas (E/S), aunJue eisten )CS menoresY relacionados con elcontrol regulatorio de $ariables analgicasA secuenciales ? discretos.

os )CS tienen Bnidades de Control de Proceso %BCP&. Estas contienen toda lalgica de regulacin ? secuenciaA son autnomasA por lo cual la prdida decomunicaciones no debe a,ectar la capacidad de control regulatorio ? secuencialb#sico. a ,uncin principal de la BCP es el lao PI) %Proporcional Integral-)eri$ati$o&Aestrategia b#sica para el control regulatorio. Se tiende a incorporar redundancia !atodos los ni$eles posibles. Cada unidad t3pica maneDar# asta 1ALLL E;SA aunJue estodepende del dise(o de control.

Todas las BCPs se interconectan entre s3A $3a un bus de datos de alta $elocidadAal cual se le incorporan las Estaciones de Inter,ase de Operador %EIO&A estas sir$en


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como inter,ase ombre-sistemaA encargandose de realiar tareas de super$isinAadJuisicin de datosA ? optimiacin de procesos. En un inicio los ,abricantes de )CSutiliaban eJuipos especiales para estas laboresA pero o? en d3aA con la demanda porarJuitecturas abiertasA la ma?or3a de ,abricantes utilian plata,ormas est#ndares en lascuales se incorporan di$ersos tipos de so,t4are especialiados.

En la ,igura !. se muestra la arJuitectura de un sistema de control distribuido%sistema abierto&.

Figura !..- Sistema de Control )istribuido

En un )CSA la integracin entre la EIO ? la BCP es mu? cercanaY t3picamente seo,rece ? compra el paJuete conDuntoA permitiendo la incorporacin de programas demanera transparente para el usuario. "dem#sA los )CS[s tienden a percibirse comocon,iables respecto a otras tecnolog3asY por su ma?or redundancia. Cuando lasaplicaciones son ma?ormente de control regulatorio de $ariables analgicasA los )CS[s tienen la ma?or ,uncionalidadA al tener normalmente una capacidad deprocesamiento matem#tico mu? grande.

os )CS[s son m#s onerososA aunJue los ,abricantes aducen brindar ma?oresbene,icios. Tambin eiste la percepcin de un ma?or costo de con,iguracin ?mantenimiento de los )CS. "dicionalmenteA los )CSA con su gran capacidad de ma-tem#tica analgicaA es demasiado para aplicaciones simples de control discreto. Por\ltimoA los )CS tienden a reJuerir ciertas econom3as de escalaA debido a esto ensistemas de control mu? peJue(osA ciertamente los )CS tienden a acerse m#scompetiti$os en sistemas relati$amente peJue(os antes reser$ados para otrastecnolog3as.

+5)5' S6t@a!e 1a!a DCS

Computador

PCWsEstaciones de TrabaD o

Red "dministrati$a %EternetA To=en RingA TCP;IPA )ECETA o$ellA etc.&

Red redundante de procesos

RTBWs

alanas

ectores de Cdigo de arras

Etc.

us deCampo

redundante

Sensores?

"ctuadores

anta a para asEst aciones de trabaDo


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El ito de las computadoras personales se debe al desarrollo ? empleo detecnolog3as abiertas en so,t4areA ,acilitando la integracin de sistemasA al proporcionarla capacidad de trans,erir compartir in,ormacin entre aplicaciones locales o remotasen plata,ormas dis3miles. 6o? en d3a por eDemploA es posible conectarse a una p#ginade Internet al otro lado del planeta ? acer correr una aplicacin sin importar elprocesador o el sistema operati$o.

El concepto de programacin de obDetos a e$olucionado la tecnolog3a OE%ObDect in=ing and Embedding& ? CO5 %Component ObDect 5odel& como base paraotros de Control OE %OC


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per,ormance. En la ,igura !.! se muestra un tipo de microcontrolador.

+5+ CONTROL DIRECTO BASADO EN COMPUTADORAS PERSONALES

a e$olucin de la tecnolog3a de computadoras personalesA a generado unanue$a tendencia a del controlA cu?a $entaDa es la ,leibilidad de la PCA permite crearprogramas siendo una solucin econmica en la adJuisicin

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