Este documento presenta información sobre sistemas de control e instrumentación. Explica que un sistema de control es una interconexión de componentes que provee una respuesta deseada y que puede ser de lazo abierto o cerrado. Describe los tipos de retroalimentación y aplicaciones de sistemas de control en la industria. También cubre instrumentos de medición como medidores de presión y nivel, e incluye detalles sobre sus principios y tipos.
Ficha Tecnica de Ladrillos de Tabique de diferentes modelos
Presentacion im
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SISTEMA DE CONTROL E
INSTRUMENTACIÓN
LICENCIATURA EN MECANICA INDUSTRIAL
SISTEMAS DE CONTROL
• SISTEMA ES ALGO QUE TIENE UNA ENTRADA O VARIAS QUE GENERA
UNA O VARIAS SALIDAS. LOS SISTEMAS PUEDEN SER FISICOS,
ECONOMICOS, MATEMATICOS, ETC.
• SISTEMA DE CONTROL SE DEFINE COMO LA INTERCONEXION DE
VARIOS COMPONENTES FORMANDO UN SISTEMA DE
CONFIGURACION QUE PROVEE LA RESPUESTA DESEADA.
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SISTEMAS DE CONTROL
• LAZO ABIERTO: SISTEMA DE CONTROL QUE CARECE DE
RETROALIMENTACION.
• LAZO CERRADO: SISTEMA DE CONTROL QUE TIENE ALGUN TIPO DE
RETROALIMENTACION.
SISTEMAS DE CONTROL
RETROALIMENTACION
DEFINICIÓN: también conocida como realimentación — es un
mecanismo por el cual una cierta proporción de la salida de un
sistema se redirige a la entrada, con objeto de controlar su
comportamiento. La realimentación permite el control de un sistema y
que el mismo tome medidas de corrección con base en la información
realimentada.
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SISTEMAS DE CONTROL
• Tipos de Retroalimentación
• 1. Realimentación positiva: cuando sale del sistema. La cual tiende a
aumentar la señal de salida, o actividad.
• 2. Realimentación negativa: es la que mantiene el sistema
funcionando. Devuelve al emisor toda la información que necesita
para corregir la pauta de entrada. Mantiene el sistema estable y que
siga funcionando
SISTEMAS DE CONTROL
• Tipos de Retroalimentación
3. Realimentación bipolar: La cual puede aumentar o disminuir la
señal o actividad de salida. La realimentación bipolar está presente
en muchos sistemas naturales y humanos. De hecho generalmente la
realimentación es bipolar, es decir, positiva y negativa según las
condiciones medioambientales, que, por su diversidad, producen
respuestas sinérgicas y antagónicas como respuesta adaptativa de
cualquier sistema.
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SISTEMAS DE CONTROL
• CONTROL ANALOGO: es aquel en el que las variables a controlar y las
que se procesan en el sistema se presentan de forma continua
(analógica), de modo que las relaciones que aparecen entre las
señales de entrada y salida son ecuaciones y funciones continuas.
Esto hace que durante el proceso de análisis y síntesis se puede
aplicar la teoría de la transformada de Laplace y todas sus
consecuencias, como el estudio de la estabilidad de los sistemas y su
optimización.
SISTEMAS DE CONTROL
• CONTROL DISCRETO: Los sistemas de control de tiempo discreto
(STD) son sistemas dinámicos para los cuales una ó más de sus
variables solamente son conocidas en ciertos instantes.
• Por lo tanto, son aquellos que manejan señales discretas, a diferencia
de los sistemas de tiempo continuo (STC) en los cuales sus variables
son conocidas en todo momento.
• El hecho de que algunas funciones del tiempo propias del STD varíen
en forma discreta, puede provenir de una característica inherente al
sistema, como en el caso de aquellos que trabajan con algún tipo de
barrido, por ejemplo: un sistema de radar.
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SISTEMAS DE CONTROL
Aplicaciones del control en la industrial:
La actualización y automatización de los procesos industriales ha traído como
consecuencia el desarrollo de sistemas de control especializados utilizados en
el control de procesos de plantas industriales. Las principales aplicaciones del
control a nivel industrial son: Plantas de Fabricación Industria de la Energía
Eléctrica Industria de las Telecomunicaciones Industria de
los Hidrocarburos Industrias Químicas y Petroquímicas Industria Metalúrgica y
Siderúrgica, Sistemas de Transporte Sector Agroindustrial Industria de
Procesamiento de Alimentos Sector Servicios Públicos y Privados, Industria
Automotriz.
SISTEMAS DE CONTROL
INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN:
•DE PRESIÓN:
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SISTEMAS DE CONTROL
INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN:
•DE PRESIÓN:
SISTEMAS DE CONTROL
INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN:
• TIPOS DE PRESIÓN
PRESIÓN ABSOLUTA
• PRESIÓN ATMOSFÉRICA
• PRESIÓN MANOMÉTRICA
• PRESIÓN DE VACIO
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SISTEMAS DE CONTROL
INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN:
• PRESION ABSOLUTA
Es la presión de un fluido medida con referencia al vacío perfecto o
cero absoluto.
Este término se creó debido a que la presión atmosférica varía con la
altitud y muchas veces los diseños se hacen en otros países a
diferentes altitudes sobre el nivel del mar por lo que un término
absoluto unifica criterios.
SISTEMAS DE CONTROL
INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN:
PRESION ATMOSFERICA:
Es la presión ejercida por la atmósfera de la
tierra, se mide normalmente por medio del
barómetro (presión barométrica).
A nivel del mar o en alturas próximas a éste,
el valor de la presión es cercano a 14.7
lb/plg2 (760 mmHg), disminuyendo este
valor con la altitud.
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SISTEMAS DE CONTROL
INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN:
PRESIÓN DE VACÍO:
Es la presión menor que la Presión
atmosférica.
Su valor está comprendido entre el Cero
absoluto y el valor de la Presión atmosférica.
La presión de vacio se mide con el
Vacuómetro.
SISTEMAS DE CONTROL
MEDIDOR DE PRESION DE VACIO
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SISTEMAS DE CONTROL
• MEDIDORES MECANICOS DE PRESIÓN:
• ELEMENTOS PRIMARIOS ELÁSTICOS
Se deforman por la presión interna del fluido que
contienen.
Tenemos:
Tubo Bourdon
Diafragma
Fuelle
SISTEMAS DE CONTROL
• MEDIDORES MECANICOS DE PRESIÓN:
• TUBO BOURDON.
Es un tubo de sección elíptica que forma un anillo casi
completo. La presión tiende a enderezarlo y su movimiento
se transmite a la aguja por medio de un sector dentado y un
piñón , siguiendo una ley determinada empíricamente. La
aguja indicadora con un dial indica el valor de la presión.
Pueden ser de 3 tipos
Tipo C
Espiral
Helicoidal
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SISTEMAS DE CONTROL
• MEDIDORES MECANICOS DE PRESIÓN:
• Tipo C
SISTEMAS DE CONTROL
• MEDIDORES MECANICOS DE PRESIÓN:
• Tipo Espiral
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SISTEMAS DE CONTROL
• MEDIDORES MECANICOS DE PRESIÓN:
• Tipo Helicoidal
SISTEMAS DE CONTROL
• MEDIDORES MECANICOS DE PRESIÓN:
• De Diafragma
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Tipos de Medidores de Presión
Electromecánicos
–Transmisores electrónicos de
equilibro de fuerza
–Resistivos
–Magnéticos
–Capacitivos
–Extensiométricos
–Piezoeléctricos
Transmisores electrónicos de
equilibrio de fuerzas
•Consiste en una barra rígida apoyada en un punto
sobre la que actúan dos fuerzas en equilibrio. El
desequilibrio entre estas dos fuerzas da lugar a una
variación de la posición relativa de la barra
•Un oscilador genera una señal en base a la posición
de un sensor. La posición del sensor determina la
presión ejercida sobre la misma.
•Se puede encontrar tres tipos; El detector de
inductancia, El transformador diferencial, el
detector fotoelectrico
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DETECTOR FOTOELECTRICO
Transductores Resistivos
•En este tipo de
Transductores se
aprovecha un cambio de
resistencia (del sensor o
del circuito en que esta)
para medir la presión del
sistema.
•Para esto el puente de
Wheastone es muy
utilizado.
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Transductores Magnéticos
Existen dos tipos de Transductores Magnéticos
• Transductores de inductancia variable
• Transductores de reluctancia variable
Transductores Capacitivos
• Se basan en la variación de
capacidad que se produce
en un condensador al
desplazarse una de sus
placas por la aplicación de
presión. La placa móvil
tiene forma de diafragma y
se encuentra situada entre
dos placas fijas.
• Pueden ser de dos tipos:
• Capacidad fija
• Capacidad variable
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Transductores de inductancia y
reluctancia variable
Inductancia Variable
Núcleo Magnético en un
Campo electromagnético
Reluctancia Variable
Núcleo Magnético en un
Campo Magnético
Galgas Extensométricas
• Se basan en la variación de longitud y de diámetro, por lo tanto de
resistencia, que tiene lugar cuando un hilo de resistencia se
encuentra sometido a una tensión mecánica por la acción de una
presión.
• Existen dos tipos de galgas cementadas y sin cementar
• Las galgas forman parte de un puente Wheastone.
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Medidores
Neumáticos y
Electrónicos
Tipos de Medidores de Presión
Neumáticos y Electrónicos
Neumáticos
–Utilizan elementos mecánicos con
desplazamiento de gases
Electrónicos
–Mecánicos
–Medidor McLeod
–Térmicos
–Ionización
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SISTEMAS DE CONTROL
• MEDIDORES MECANICOS DE PRESIÓN:
• NEUMÁTICOS
–Utilizan elementos mecánicos con
desplazamiento de gases
Tipico medidor
neumático usado para
verificar presión de
nuematicos. El aire
desplaza un pistón
indicador
Medidores Electrónicos de Vacío
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Transductores Mecánicos de Fuelle y
Diafragma
Trabajan en forma diferencial entre la presión atmosférica y la del
proceso. Pueden estar compensados con relación a la presión
atmosférica y calibrados en unidades absolutas.
Medidor McLeod
Se utiliza como aparato de precisión en la calibración de los
restantes instrumentos. Se basa en comprimir una muestra
del gas de gran volumen conocido a un volumen mas
pequeño y a mayor presión mediante una columna de
mercurio en un tubo capilar.
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Transductores Térmicos
•Se basan en el principio de la proporcionalidad
entre la energía disipada desde la superficie
caliente de un filamento calentado por una
corriente constante y la presión del gas ambiente
cuando el gas esa a bajas presiones absolutas.
• Transductor térmico de termopar
• Transductor Pirani
• Transductor bi-metálico.
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Transductores Térmicos
Transductor Pirani
•Utiliza un circuito de
puente de Wheastone
que compara las
resistencias de dos
filamentos de tungsteno,
uno sellado en alto vacío
en un tubo y el otro en
contacto con el gas
medido y por lo tanto
pierde calor de
conducción.
Transductor Bimetálicos
•Utiliza una espiral
bimetalica calentada por
una fuente de tensión
estabilizada. Cualquier
cambio en la presión
produce una deflexión de la
espiral, que a su vez esta
acoplada a un índice que
señala la escala el vacío.
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Transductor de Ionización
• Se basan en la formación de los iones que se producen en las
colisiones que existan entre moléculas y electrones. La velocidad de
formación de estos iones, es decir la corriente iónica, varia
directamente con la presión.
• Transductor de filamento caliente
• Transductor de catado frío
Transductor de cátodo frío
• Se basa en le principio de
la medida de una
corriente iónica
producida por una
descarga de alta tensión.
• Los electrones
desprendidos del cátodo
toman un movimiento en
espiral al irse moviendo a
través de un campo
magnético en su camino
hacia el ánodo
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MEDIDORES DE NIVEL
• Dentro de los procesos industriales la medición y el control de nivel
se hace necesario cuando se pretende tener una producción
continua, cuando se desea mantener una presión hidrostática,
cuando un proceso requiere de control y medición de volúmenes de
líquidos o; bien en el caso más simple, para evitar que un líquido se
derrame, la medición de nivel de líquidos, dentro de un recipiente
parece sencilla, pero puede convertirse en un problema más o menos
difícil, sobre todo cuando el material es corrosivo o abrasivo, cuando
se mantiene a altas presiones, cuando es radioactivo o cuando se
encuentra en un recipiente sellado en el que no conviene tener
partes móviles o cuando es prácticamente imposible mantenerlas, el
control de nivel entre dos puntos, uno alto y otro bajo, es una de las
aplicaciones más comunes de los instrumentos para controlar y medir
el nivel, los niveles se pueden medir y mantener mediante
dispositivos mecánicos de caída de presión, eléctricos y electrónicos.
MEDIDORES DE NIVEL
• Varilla o sonda: Consiste en una varilla o regla graduada, de la
longitud conveniente para introducirla dentro del depósito. La
determinación del nivel se efectúa por la lectura directa de la
longitud mojada por el líquido. En el momento de la lectura el
tanque debe estar abierto a presión atmosférica. Se emplea en
tanques de agua a presión atmosférica. También en
gasolineras.
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MEDIDORES DE NIVEL
• Cinta y plomada: este sistema consta de una cinta graduada y
un plomo en la punta. Se emplea cuando es difícil que la
varilla tenga acceso al fondo del tanque. También se usa
midiendo la distancia desde la superficie del líquido hasta la
parte superior del tanque, obteniendo el nivel por diferencia.
MEDIDORES DE NIVEL
• Visor de vidrio: consiste en un tubo de
vidrio con su extremo inferior conectado
al tanque generalmente mediante tres
válvulas (dos de cierre de seguridad en
los extremos del tubo, para impedir el
escape del líquido en caso de rotura del
cristal y una de purga). Funciona por
principio de vasos comunicantes. El nivel
de vidrio va acompañado de una regla
graduada. Se emplea para presiones
hasta 7 bar. A presiones más elevadas el
vidrio es grueso, de sección rectangular y
está protegido por una armadura
metálica.
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MEDIDORES DE NIVEL
• Flotante: consiste en un flotador ubicado
en el seno del líquido y conectado al
exterior del tanque, indicando
directamente el nivel sobre una escala
graduada. Es el modelo más antiguo y el
más usado en tanques de capacidad
grande. Tiene el inconveniente de que las
partes móviles están expuestas al fluido y
pueden romperse. El flotador debe
mantenerse limpio. El flotador, que es de
un material más liviano que el fluido,
sigue el movimiento del nivel de líquido.
MEDIDORES DE NIVEL
• Manométrico: consiste en un manómetro conectado
directamente a la parte inferior del tanque. El manómetro
mide la presión debida a la altura de líquido que existe entre
el nivel del tanque y el eje del instrumento. Sólo sirve para
fluidos limpios, ya que los líquidos sucios pueden hacer
perder la elasticidad del fuelle. La medición está limitada a
tanques abiertos y el nivel viene influido por las variaciones
de densidad del líquido.
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MEDIDORES DE NIVEL
• Membrana: Usa una membrana conectada al instrumento
receptor por un tubo estanco. El peso de la columna de
líquido sobre el área de la membrana comprime el aire
interno a una presión igual a la ejercida por la columna de
líquido. El instrumento es delicado ya que una fuga del aire
contenido en el diafragma destruiría la calibración del
instrumento.
MEDIDORES DE NIVEL
• Burbujeo: mediante un regulador
de caudal se hace pasar por un
tubo (sumergido en el depósito
hasta el nivel mínimo), un pequeño
caudal de aire o gas inerte hasta
producir una corriente continua de
burbujas. La presión requerida para
producir el flujo continuo de
burbujas es una medida de la
columna de líquido. Este sistema es
muy ventajoso en aplicaciones con
líquidos corrosivos o con
Materiales en suspensión, ya que el
fluido no Penetra en el medidor ni
en la línea de conexión.
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MEDIDORES DE NIVEL
• Burbujeo: mediante un regulador
de caudal se hace pasar por un
tubo (sumergido en el depósito
hasta el nivel mínimo), un pequeño
caudal de aire o gas inerte hasta
producir una corriente continua de
burbujas. La presión requerida para
producir el flujo continuo de
burbujas es una medida de la
columna de líquido. Este sistema es
muy ventajoso en aplicaciones con
líquidos corrosivos o con
Materiales en suspensión, ya que el
fluido no Penetra en el medidor ni
en la línea de conexión.
MEDIDORES DE NIVEL
• Medidor de presión diferencial: consiste en un diafragma en
contacto con el líquido del tanque, que permite medir la
presión hidrostática en un punto del fondo del tanque. En un
tanque abierto esta presión es proporcional a la altura del
líquido en ese punto y a su peso específico. El diafragma forma
parte de un transmisor neumático o electrónico de presión
diferencial. La precisión de los instrumentos de presión
diferencial es bastante buena. El material del diafragma debe
ser compatible con el fluido que se encuentra en el tanque.
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MEDIDORES DE NIVEL
MEDIDORES DE NIVEL
• MEDICIÓN POR DESPLAZAMIENTO
• El medidor de nivel por desplazamiento está basado en el
principio de Arquímedes. Consiste en un flotador parcialmente
sumergido en el líquido y conectado mediante un brazo a un
tubo de torsión, unido al tanque. Dentro del tubo y unido a su
extremo libre hay una varilla que transmite el movimiento de
giro a un transmisor exterior al tanque. El ángulo de rotación
del extremo libre del tubo de torsión es función directa de la
fuerza aplicada. Al subir el nivel, el líquido ejerce un empuje
sobre el flotador igual al volumen de la parte sumergida
multiplicada por la densidad del líquido, tendiendo a
neutralizar su peso propio, así que el esfuerzo medido por el
tubo de torsión será muy pequeño.
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MEDIDORES DE NIVEL
MEDIDORES DE NIVEL
• MEDICIÓN POR CONDUCTIVIDAD
• El medidor de nivel conductivo consiste en uno o varios electrodos y un relé
eléctrico o electrónico que es excitado cuando el líquido moja a dichos
electrodos. El líquido debe ser lo suficientemente conductor como para
excitar el circuito electrónico. Cuando el líquido moja los electrodos se cierra
el circuito electrónico y circula una corriente segura. El relé electrónico
dispone de un temporizador de retardo que impide su enclavamiento ante
una ola del nivel del líquido o ante cualquier perturbación momentánea o
bien en su lugar se disponen dos electrodos poco separados enclavados
eléctricamente en el circuito. El instrumento se usa como alarma o control de
nivel alto y bajo, utiliza relés eléctricos o electrónicos, en función de la
conductividad del líquido. Es versátil, sin partes móviles, su campo de
medida es grande con la limitación física de la longitud de los electrodos. El
líquido contenido en el tanque debe tener un mínimo de conductividad y si
su naturaleza lo exige, la corriente debe ser baja para evitar el deterioro del
producto.
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MEDIDORES DE NIVEL
• MEDICIÓN POR CAPACITANCIA
• El medidor de nivel capacitivo mide la capacidad del condensador
formado por el electrodo sumergido en el líquido y las paredes
del tanque. La capacidad del conjunto depende linealmente del
nivel del líquido. En fluidos no conductores se emplea un
electrodo normal y la capacidad total del sistema se compone de
la del líquido, la del gas superior y la de las conexiones superiores.
En fluidos conductores el electrodo está aislado usualmente con
teflón interviniendo las capacidades adicionales entre el material
aislante y el electrodo en la zona del líquido y del gas.
MEDIDORES DE NIVEL
• MEDICIÓN POR ULTRASONIDO
• Se basa en la emisión de un impulso ultrasónico a una superficie
reflectante y la recepción del eco del mismo en un receptor. El
retardo en la captación del eco depende del nivel del tanque. La
medición se hace desde el exterior del tanque. Los sensores
trabajan a frecuencias cercanas a 20 KHz. Estas ondas atraviesan
el medio ambiente de gases o vapores con cierto
amortiguamiento y se reflejan en la superficie del sólido o del
líquido.
