El documento trata sobre instrumentación industrial y sistemas de control. Explica que un sistema está compuesto por una planta y un proceso, y da ejemplos como hornos y reactores nucleares. También describe los diferentes tipos de sensores e instrumentos de medición utilizados para medir variables como temperatura, presión y nivel en procesos industriales, así como los principios de operación del control manual y automático.

1. InstrumentaciónInstrumentación
IndustrialIndustrial

2. DefiniciónDefinición
SistemaSistemaSistemaSistema
Planta + Proceso = Sistema

3. EjemplosEjemplos
• PlantaPlanta:
– Horno
– Auto
– Reactor
Nuclear
– Fábrica
– ...
• ProcesoProceso:
– Físico
– Químico
– Mecánico
– Eléctrico
– Biológico
– Económico
– ...

4. Sistema DinámicoSistema Dinámico
SistemaSistemaSistemaSistema
Entrada(s) Salida(s)
Perturbaciones •Internas
•Externas

5. Control ManualControl Manual
Salida
de Vapor
Entrada
de Vapor
Agua
Caliente
Agua
Fria.
Temp.
Operador
Sensor
Indicador
•Control Bueno o Errático
•Dificultad de toma de datos
•Limitación de núm. de variables
Pero....

6. Control AutomáticoControl Automático
S.V. E.V.A.C.
A.F.
T
Operador
Controlador
IndicadorSensor
• Velocidad
• Número de variables
• Almacenamiento
Ahora..

7. Proceso físico / Planta
Impresión sensorial
(sentidos)
Raciocinio
(cerebro)
Acción
(manos, voz)
Manual
Manual vs. AutomáticoManual vs. Automático
Información
(sensor)
Análisis y decisión
(Unidad de Control)
Acción de control
(Actuador)
Automático

8. Control RealimentadoControl Realimentado
ProcesoProceso
Perturbaciones
Sensor/
Transductor
Sensor/
Transductor
Acondicionador
/Transmisor
Acondicionador
/Transmisor
Mando de
Potencia
Mando de
Potencia
ActuadorActuador
ControladorControladorControladorControlador
Interfase
de
Entrada
Interfase
de
Salida

9. Control Lazo AbiertoControl Lazo Abierto
ProcesoProceso
Perturbaciones
Sensor/
Transductor
Sensor/
Transductor
Acondicionador
/Transmisor
Acondicionador
/Transmisor
Mando de
Potencia
Mando de
Potencia
ActuadorActuador
ControladorControladorControladorControlador
Interfase
de
Entrada
Interfase
de
Salida

10. Sensores/TransductoresSensores/Transductores
ProcesoProceso
Temperatura
Presión
Caudal
Nivel
pH
Cp
Radiación
Peso
...
Variable:
Sensor/Sensor/
TransductorTransductor

11. Tipos de SeñalesTipos de Señales
• DISCRETADISCRETA
– No lleva información
en su valor.
– Representa dos
estados posibles:
• Abierto/Cerrado
• Si/No
• O/1
• Positivo/Negativo
• Presente/Ausente
• ...
– 0: 0-2.5 Voltios
– 1: 3 - 5 Voltios
• ANALOGICAANALOGICA
– Si lleva información
de la variable medida
en su valor.
– Representa “infinitos”
estados posibles:
• Temperaturas: 0-100 °C
• Presión: 1 a 10 psi.
• Peso: 50 a 150 Kg.
• Apertura: 0-100%
• ...

12. Señales DiscretaSeñales Discreta
t
Voltios
0-
5-
Señal
Eléctrica
InformaciónInformación
0 1 0 1 0 1 0 0
0-
1-

13. Señales AnalógicasSeñales Analógicas
t
Voltios
0-
5-
Señal
Eléctrica
InformaciónInformación
V: 0.0 2.6 4.0 2.2 4.1 5.8 3.5 3.0 2.2
°C: 0 52 80 44 81 116 70 60 44
1-
2-
3-
4-

14. EjemploEjemplo
Señal
Respuesta
Apagado Apagado
Prendido

15. EjemploEjemplo
Motor
Temp.

16. Clasificación de SensoresClasificación de Sensores
• Activos:
– No requieren de
alimentación
externa (Ej.
Termocupla)
• Pasivos:
– Requieren de una
fuente de energía
externa (Ej.
Termoresistencia)

17. CaracterísticasCaracterísticas
• Características
dinámicas
– Velocidad de
respuesta (tiempo
entre la medida y la
señal de salida)
– Estabilidad (medio
ambiente)
• Características
estáticas
– Rango de entrada
– Resolución
– Exactitud
– Precisión
– Linealidad
– Sensibilidad
– Ruido

18. Medición de TemperaturaMedición de Temperatura

19. TermocuplaTermocupla
I
Efecto Seebeck: f.e.m. ==> f ( T )Efecto Seebeck: f.e.m. ==> f ( T )
VV 10mV - 50 mV10mV - 50 mV
• Rangos:
• -200 a 4000 °C
• Sensibilidad:
• 10 a 50 µV/°C
• Baja Sensibilidad

20. Medición IndustrialMedición Industrial
INDICADOR CONVERTIDOR
mV Tol.+
-
SISTEMA
DEMEDIDA
UNION DE
REFERENCIATERMINAL
DECABEZAL
Cables de
compensacion
Metal A
Metal B
E(Tm-Tr)
→
Tm Tr
4÷20 mA
Indication
°C / °F

21. TT
TaTa
MetalMetal aa
MetalMetal bb
CuCu
CuCu
V=V(T)-V(Ta)V=V(T)-V(Ta)
V= V(cu,a)(Ta) + V(a,b)(T) +V(b,cu)(Ta)V= V(cu,a)(Ta) + V(a,b)(T) +V(b,cu)(Ta)
V= [V(b,cu)(Ta) + V(cu,a)(Ta)] +V(a,b)(T)V= [V(b,cu)(Ta) + V(cu,a)(Ta)] +V(a,b)(T)
V= V(b,a)(Ta) +V(a,b)(T)V= V(b,a)(Ta) +V(a,b)(T)
V= V(a,b)(T) – V(a,b)(Ta)V= V(a,b)(T) – V(a,b)(Ta)
V(a,b)(T) = V + V(a,b)(Ta)V(a,b)(T) = V + V(a,b)(Ta)

22. Tipos de TermocuplaTipos de Termocupla
• J : Fe-Constantan (Fe-C)
• K : Cr-Aluml (Cr-Al)
• T : Cu-Constantan (Cu-C)
• Otros: W, Rh, Pt
• Exactitud : 1 - 3%
• Respuesta : Lenta (seg.) Linealidad :
No muy buena

23. Thermocouple Type Names of Materials Useful Application Range
B
Platinum30% Rhodium (+)
Platinum 6% Rhodium (-)
2500 -3100F
1370-1700C
C
W5Re Tungsten 5% Rhenium (+)
W26Re Tungsten 26% Rhenium (-)
3000-4200F
1650-2315C
E
Chromel (+)
Constantan (-)
200-1650F
95-900C
J
Iron (+)
Constantan (-)
200-1400F
95-760C
K
Chromel (+)
Alumel (-)
200-2300F
95-1260C
N
Nicrosil (+)
Nisil (-)
1200-2300F
650-1260C
R
Platinum 13% Rhodium (+)
Platinum (-)
1600-2640F
870-1450C
S
Platinum 10% Rhodium (+)
Platinum (-)
1800-2640F
980-1450C
T
Copper (+)
Constantan (-)
-330-660F
-200-350C

24. TUBO PROTECTOR
METALES
TERMINALES
AISLANTE
UNION DE MEDIDA
TermopozoTermopozo

25. Curvas de CalibraciónCurvas de Calibración
-500 0 500 1K 1.5K 2K
80
70
60
50
40
30
20
10
µV/°C
T (°C)
E
T
J
K
N
R
S B
• RangosRangos
RecomendadoRecomendado::
• B: 1290 °F a 3310 °F
• E: -285 1830
• J: -300 2190
• K: -285 2502
• N: 32 2370
• R: 255 3214
• S: 300 3214
• T: -275 750
• RangosRangos
RecomendadoRecomendado::
• B: 1290 °F a 3310 °F
• E: -285 1830
• J: -300 2190
• K: -285 2502
• N: 32 2370
• R: 255 3214
• S: 300 3214
• T: -275 750

26. Termoresistencia (RTD)Termoresistencia (RTD)
• Principio:
– R = f(T)
• Materiales:
– Pt (más usada)
– W (T altas)
– Otros: Ni, Cu
• Pediente: + (siempre)
• Linealidad:
– Buena
• Formas:
– Alambre enrollado
– Film metálico
• Principio:
– R = f(T)
• Materiales:
– Pt (más usada)
– W (T altas)
– Otros: Ni, Cu
• Pediente: + (siempre)
• Linealidad:
– Buena
• Formas:
– Alambre enrollado
– Film metálico
• Film:
– Respuesta rápida
– Bajo costo
– Alta resistencia
• Alambre:
– Masivo
– Mas estable en el
tiempo
• Autocalentamiento
– Bajo
• Valores típicos
– 100, 200 ohms
• Film:
– Respuesta rápida
– Bajo costo
– Alta resistencia
• Alambre:
– Masivo
– Mas estable en el
tiempo
• Autocalentamiento
– Bajo
• Valores típicos
– 100, 200 ohms

27. RTDRTD
Aislante
Cu Pt
0,0005” diam.
0.010” espesor
Ag

28. PIROMETROS INFRAROJOSPIROMETROS INFRAROJOS
• Todos los cuerpos emiten ondas
electromagnéticas o radiación dependiendo
de la temperatura a la que se encuentran
• La energía radiada y su longitud de onda
están de acuerdo a la temperatura
• Por lo que se puede medir la temperatura
del cuerpo sin contacto con él
• Basan su funcionamiento en la emisividad de
los cuerpos

29. RADIACIÓN DE INFRARROJOS
Todo cuerpo sobre el cero absoluto de temperatura (-273°C), irradia una energía con una
longitud de onda que se encuentra en el infrarrojo (0,76 – 1.000
µ), del espectro electromagnético. El espectro visible es de 0,4 µ
para la luz ultravioleta hasta alrededor de 0,75 µ, para la luz roja.
Para los propósitos prácticos de medición de temperatura el
espectro infrarrojo se extiende de 0,75 µ a 20 µ.

30. EMISIVIDAD DE LOS MATERIALESEMISIVIDAD DE LOS MATERIALES
Material Emisividad Material Emisividad
Aluminio* 0,03-0,30 Plomo* 0,50
Asbesto 0,95 Piedra caliza 0,98
Asfalto 0,95 Aceite 0,97
Basalto 0,70 Pintura 0,93
Latón* 0,50 Papel 0,95
Ladrillo 0,90 Plástico** 0,95
Carbono 0,85 Caucho 0,95
Cerámica 0,95 Arena 0,90
Concreto 0,95 Piel 0,98
Cobre** 0,95 Nieve 0,90
Polvo 0,94 Acero** 0,80
Alimento Congelado 0,96 Textiles 0,94
Hielo 0,98 Agua 0,95-0,99
Hierro* 0,70 Madera*** 0,94
* oxidado ** opaco ***natural

31. APLICACIONESAPLICACIONES
Detector de metalDetector de metal
CalienteCaliente

32. Medición de PresiónMedición de Presión

33. Fuerza
Celdas de cargaCeldas de carga
R = ρ l/A
“Strain Gauges”
–Tensión mecánica --> R = f(F)

34. CapacitivoCapacitivo
C = ε A/d
Capacidad ----- f(P)

35. PiezoeléctricoPiezoeléctrico
V = kP
Cristales ----- f(P)

36. Sensores de PresiónSensores de Presión

37. EjemplosEjemplos
Presión manométrica y absoluta

38. EjemplosEjemplos
Presión en proceso

39. Presión diferencial
EjemplosEjemplos

40. Level

41. Medición de NivelMedición de Nivel

42. Sensores de NivelSensores de Nivel
• Directos
• Mirilla
• Flotador
• Desplazamient
o
• Sonda
• Indirectos
– Presión
Hidrostática
– Balanza
– Eléctricos
• Conductivo
• Capacitivo
• Vibración
• Ultrasonido
• Micro- Ondas
• Radiactivo

43. FlotadorFlotador
• Acoplamiento:
– mecánico.
– Magnético.
• Mantenimiento
frecuente

44. DesplazamientoDesplazamiento
• Fuerza de empuje
• Rango limitado
• Interruptores/
salida continua.

45. SondaSonda
• Pluma baja y sube
constantemente
• Sólidos y líquidos

46. Presión HidrostáticaPresión Hidrostática
• Necesidad de vaciar
tanques para instalación y
calibración.
• Supresión o elevación de
cero.
• Diferencia de presiones en
tanque cerrado.
• Columna de compensación
húmeda.
h3h4h2
L H
100 %
0 %

47. Presión HidrostáticaPresión Hidrostática
h3h2
100 %
0 %
h4
L H
h3
h1
h2
100 %
0 %
h4
L H

48. MEDICION DE NIVEL
METODO HIDROSTÁTICO

49. BalanzaBalanza
• Celdas de Carga.
• Distribución
uniforme en los
apoyos

50. ConductivoConductivo
• Detección
• Control

51. VibradoresVibradores
• Detección
• Líquidos: frecuencia
• Sólidos: amplitud

52. CapacitivoCapacitivo
• Constante
dieléctrica
• Líquidos
conductores y
no conductores

53. UltrasonidoUltrasonido
• Tiempo de tránsito.
• Velocidad del sonido = 343
m/s
• Angulo de emisión.
• No para temperaturas o
presiones altas.
• Vapores, espuma excesiva,
turbulencia o polvo
interfieren

54. RadarRadar
• Frecuencia: GHz
• Velocidad de la luz.
• Inmune a:
• presión
• temperatura
• vapores
• turbulencia
• agitación
• Caro

55. RadiactivoRadiactivo
• Rayos gamma.
• Fuera del depósito
• Medios Peligrosos.
• Atenuación depende
de depende de
densidad del medio.
• Caro.

56. Presión diferencial
EjemplosEjemplos

57. Flow

58. flow measurement with orifice plate or pitot tube