2. curso basico de instrumentacion (1)

CURSO BASICO DE INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL
CAPACITADOR: ING. EZEQUIEL PUGA AVALOS
CAPACITADOR EXTERNO STPS # PUAE 690924KF9-0005
CED.PROF.:5989577
INSTRUMENTACION
CONCEPTOS BASICOS DE INSTRUMENTACION Y CONTROL
DEFINICIONES PARA EL ANÁLISIS DE INSTRUMENTOS Y SISTEMAS DE MEDICIÓN Y
CONTROL.
1.-INTRODUCCION
Como introducción comentaremos, que se requiere conocer las condiciones en que se encuentra
operando el proceso, con el cual obtendrá un producto.estas condiciones se conocen como
variables. Las variables más comunes usadas en la industria son:
• presión
• nivel.
• temperatura
• flujo.
• acidez o ph.
• peso.
• concentraciones de gas.
Estas variables nos indican las características que debemos conocer para poder llevar nuestro
proceso a las condiciones necesarias para poder tener como resultado el producto que deseamos.
Nos pueden indicar de manera directa lo que esta pasando con nuestro proceso, por ejemplo:
Podemos saber con exactitud a que temperatura se esta llevando a cabo la reacción química en un
reactor.
Para fines de este curso se estudiaran las cuatro primeras variables más comunes en la industria.
• presión.
• temperatura.
• nivel
• flujo
• introducción a válvulas de control.
En instrumentación y control, se emplea un sistema especial de símbolos con el objeto de
transmitir de una forma más fácil y específica la información. Esto es indispensable en el diseño,
selección, operación y mantenimiento de los sistemas de control.
CURSO BASICO DE INSTRUMENTACION
ING.EZEQUIEL PUGA AVALOS ALTAMIRA TAMAULIPAS MEX.
TEL.8332641885 CEL 8331210401 E-MAIL: ing.puga-instrumentos@hotmail.com
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UN SISTEMA DE SÍMBOLOS HA SIDO ESTANDARIZADO POR LA ISA
(SOCIEDAD DE INSTRUMENTISTAS DE AMÉRICA). LA SIGUIENTE
INFORMACIÓN ES DE LA NORMA: ANSI/ISA-S5.1-1984(R 1992).
Las necesidades de varios usuarios para sus procesos, son diferentes. La norma reconoce estas
necesidades, proporcionando métodos de simbolismo alternativos. Se mantienen varios ejemplos
agregando la información o simplificando el simbolismo, según se desee.
Los símbolos de equipo en el proceso no son parte de esta norma, pero se incluyen para ilustrar
aplicaciones de símbolos de la instrumentación.
APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA.
La norma es conveniente para el uso en la química, petróleo, generación de poder, aire
acondicionado, refinado metales, y otros numerosos procesos industriales.
Ciertos campos, como la astronomía, navegación, y medicina, usan instrumentos muy
especializados, diferentes a los instrumentos de procesos industriales convencionales. Se espera
que la norma sea flexible, lo bastante para encontrarse muchas de las necesidades de campos
especiales.
APLICACIÓN EN ACTIVIDADES DE TRABAJO.
La norma es conveniente para usar siempre cualquier referencia de un instrumento o de
una función de sistema de control se requiere para los propósitos de simbolización e identificación.
Pueden requerirse tales referencias para los usos siguientes, así como otros:
· Bocetos del plan
· Ejemplos instrucción
· Papeles técnicos, literatura y discusiones
· Diagramas de sistemas de instrumentación, diagramas de vuelta, diagramas lógicos
· Descripciones funcionales
· Diagramas de flujo: Procesos, Mecánicos, Ingeniería, Sistemas, que Conduce por tuberías
(el Proceso) e instrumentación
· Dibujos de construcción
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· Especificaciones, órdenes de compra, manifiestos, y otras listas
· Identificación (etiquetando) de instrumentos y funciones de control
· Instalación, operación e instrucciones de mantenimiento, dibujos, y archivos
Las siguientes son algunas definiciones de las más comúnmente usadas en instrumentación.
SENSIBILIDAD: Es el mínimo cambio al que el instrumento censa y puede expresar.
ZONA MUERTA: Son aquellas donde la sensibilidad del instrumento es nula lo que hace que no
cambie su indicación y señal de salida.
ERROR: Es la diferencia entre el valor leído del instrumento y el valor real
De la variable.
PRESICION: Grado de reproducibilidad de las mediciones.
EXACTITUD: Cuando la lectura se acerca al valor real de la variable.
En el valor cero de la variable marca 3 psi, y en el valor al 100% de la variable marca 15psi. Luego
la supresión de cero esta entre 0 y 3psi y la elevación de cero esta entre 3 y 4psi. La zona muerta
es equivalente 7psi -+1%.
HISTERESIS: Algunos instrumentos presentan un fenómeno de descompensación que existe
cuando se hace una comparación entre la variación de una misma medida tanto a nivel
descendente como ascendente, que en realidad debería de tener el mismo recorrido. Se expresa
en porcentaje, por ejemplo si un manómetro de 0-100% la presión real es de 18 psig y la lectura en
el indicador marca 18.2 psig al ir del cero al 100% de la variable y cuando se encuentra la variable
en 18 al desplazarse del cien al 0% el valor indicado es 17.7 la histéresis se calcularía así:
(18.2 – 17.7/100 –0) * 100 =+- 0.5 %
FIABILIDAD: Es la probabilidad de que el instrumento permanezca en ciertos limites de error.
TRAZABILIDAD: Propiedad del resultado de las mediciones efectuadas con un instrumento o con
un patrón, tal que puede relacionarse con patrones preestablecidos, mediante una cadena
ininterrumpida de comparaciones con todas las incertidumbres determinadas.
RUIDO: señales impuras que afectan a las diferentes señales del sistema de medición.
RESOLUCIÓN: Es la de visualización a escala del instrumento.
LINEABILIDAD: Es la proporcionalidad directa y libre de errores con equivalencias de alta
calibración.
ESTABILIDAD: son los instrumentos de altas calidad, que tienen una probabilidad de tener una
larga vida útil.
TEMPERATURA DE SERVICIO: Son las temperaturas de trabajo del instrumento.
REPRODUCTIBILIDAD: Reproducción de una medida cuando la variable se encuentra en un
parámetro constante.
REPETIBILIDAD: Especifica la habilidad del instrumento para entregar la misma lectura en
aplicaciones repetidas del mismo valor de la variable medida. Así, por ejemplo, si a una misma
presión de 25 psig., un manómetro de precisión de 1 p.s.i., entrega las lecturas de 25,5; 26; 24,3; y
24 psig. Su operación es repetible; una lectura de 27 psig. indicaría un problema de repetibilidad
del instrumento (a menos que conste que fuese un problema de histéresis).
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TERMINOLOGIA MÁS USADA EN INSTRUMENTACION
Antes que todo para introducirnos al mundo de la medición e instrumentación haremos una semi
introducción al control ya que por lo general el objetivo de toda buena medición es realizado con el
fin de obtener un buen control:
VARIABLE: Es cualquier elemento que posee características dinámicas, estáticas, química y
físicas bajo ciertas condiciones, que constantemente se pueden medir.
VARIABLE CONTROLADA: Es la variable directa a regular, sobre la que constantemente
estamos pendientes ya que afecta directamente al sistema del proceso, es decir, es la que dentro
del bucle de control es captada por el transmisor para originar una señal de retroalimentación.
VARIABLE MANIPULEADA: Es la que se modifica para afectar directamente a la variable
controlada, es la herramienta para modificar la variable directa en el proceso. Es la cantidad que se
encarga de variar los instrumentos finales de control. ; Es el mensaje del controlador que transmite
modificaciones para lograr lo esperado de la variable controlada.
PROCESOS: Es un desarrollo que es realizado por un conjunto de elementos cada uno con ciertas
funciones que gradual y progresivamente producen un resultado final.
SISTEMA: Es una combinación de componentes que actúan conjuntamente y cumplen un objetivo.
Sistema en donde las válvulas son utilizadas para manipular el caudal con el fin de controlar el
nivel en los tanques.
PERTURBACIONES: Señal que afecta la respuesta real del sistema produciendo un error en la
medida, ejemplo los campos magnéticos, la inductancia etc. según la sensibilidad individual.
CONTROL RETROALIMENTADO: Es el que auto corrige las perturbaciones, eliminando los
errores para obtener la salida ideal. Una plancha posee un dispositivo que mantiene la temperatura
deseada, es decir, si se sube la temperatura abre el circuito de alimentación de las resistencias y si
se baja lo cierra para que calienten. Los servo sistemas son también de este tipo solo que su salida
son elementos mecánicos, un brazo de un robot o una válvula auto regulada o piloteada.
SISTEMAS DE CONTROL DE PROCESOS: Es un sistema de regulación automática que
determina la respuesta de la variable en función de virtudes programadas para el sistema.
SISTEMAS DE CONTROL DE BUCLE O LAZO CERRADO: Es el sistema de control
retroalimentado, donde la señal pasa por el controlador es comparada y reenviada para establecer
el setpoint o parámetro esperado.
SISTEMA DE CONTROL DE BUCLE O LAZO ABIERTO: Es el sistema donde la salida no tiene
efecto sobre la acción del control, no hay comparación entre el valor medido en la salida respecto
ala entrada, es el camino que sigue la señal sin retroalimentación. Por ejemplo las instalaciones de
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bombillos de navidad que mientras se encienden unas las otras se apagan, todo esto es controlado
en función del tiempo sin importar que tanto alumbren los bombillos.
Entre lo concerniente al bucle cerrado es su virtud de usar una señal de retroalimentación que lo
dispone a estar en constante ajuste evitando relativamente la inestabilidad a perturbaciones
externas ya que para este sistema es de gran importancia el manejo de las desviaciones mientras
que para el abierto no es de tanta incidencia, lo que recomienda que para todo sistema donde se
conocen las entradas y no hay perturbaciones se debe usar el lazo abierto.
SISTEMAS DE CONTROL ADAPTABLES: Es la capacidad intuitiva de un sistema para decidir
parámetros de auto-ajuste debido a los posibles errores aleatorios y sistemáticos que se presenten.
SISTEMAS DE CONTROL CON APRENDIZAJE: son sistemas donde el operario hace las veces
de controlador y donde día a día se gana experiencia en el manejo de los parámetros modificables
del sistema.
INSTRUMENTO: Es un dispositivo que se encarga de interpretar señales proporcionales a la
magnitud de la variable.
INSTRUMENTOS CIEGOS: No tienen indicación visible, son todos aquellos que generalmente
son de manipulación como interruptores, termostatos, presostatos, válvulas, transmisores etc. que
solo cumplen con su trabajo sin la necesidad de expresar los cambios graduales de la señal
INSTRUMENTOS INDICADORES: Poseen una escala para expresar la equivalencia de los datos
al operario, pueden ser manómetros, tensiómetros, entre otros. Pueden ser concéntricos,
excéntricos y digitales.
INSTRUMENTOS REGISTRADORES: Expresan la señal con trazos continuos a puntos.
ELEMENTOS FINALES DE CONTROL: Es el instrumento que recibe las señales del sistema
tomadas por el controlador y las ejecuta directamente sobre la variable controlada.
ELEMENTO PRIMARIO DE MEDIDA: Es el que esta en contacto directo con la variable y
dispuesto a transmitir cualquier transformación de energía en el medio medido.
INSTRUMENTOS CIEGOS, MEDIDOR DE FLUJO: Es un elemento censor primario.
SENSORES OPTICOS, INSTRUMENTOS INDICADORES REGISTRADORES: Permiten la
monitorización.
TRANSMISORES: Se encuentran de los dos tipos ciegos e Indicadores.
PANEL DE MONITORIZACIÓN Y CONTROL: Instrumentación virtual, donde los Instrumentos son
simulados en el PC.
Panel donde se encuentran instrumentos indicadores virtuales y controladores.
RANGO: Es el campo de medida para cualquier numero de valores que siempre deben estar entre
un limite superior e inferior según las especificaciones del instrumento.
ALCANCE: Es la diferencia entre los limites superior e inferior del rango, es lo equivalente al área
de operación.
ELEVACIÓN DE CERO: Es la cantidad con que el valor cero de la variable supera al valor inferior
del campo de medida.
SUPRESIÓN DE CERO: Es la cantidad de desfase que hay por debajo del valor inferior del rango.
TRANSMISOR: Capta la señal del elemento primario de medida y la transmite a distancia en forma
eléctrica, neumática, hidráulica, mecánica y ultrasónica.
TRANSDUCTOR: Dispositivo que recibe una o varias señales provenientes de la variable medida y
pueden modificarla o no en otra señal.
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CONVERTIDOR: Es el que se encarga de modificar la señal de entrada y la entrega en una señal
de salida estándar.
SEÑAL: Salida que emana del instrumento. Información representativa de un valor cuantificado.
SEÑAL ANÁLOGA: Es una función continua de la variable medida.
SEÑAL DIGITAL: Representa la magnitud de las variables medidas en forma de una serie de
cantidades discretas codificadas en un sistema de notación.
SET POINT: Punto en que una señal se establece bajo ciertos parámetros deseados. Es un punto
de consigna para valor de la señal de la variable.
NOTA: Todas las señales manejan ciertos estándares para los valores máximos y mínimos:
CORRIENTE VOLTAJE PRESION
4 – 20mA
0 – 20mA
0 – 5 V DC
0 – 10 V DC
3 – 15 psi
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TERMINOLOGIA UTILIZADA EN INTSRUMENTACIÓN.
El simbolismo y métodos de identificación proporcionados en esta norma son aplicables a
todas las clases de medida del proceso e instrumentación de control. Ellos no sólo son aplicables
a la descripción discreta de instrumentos y sus funciones, pero también para describir las funciones
análogas de sistemas que son "despliegue compartido," "control compartido", "control distribuido"
y "control por computadora".
DEFINICIONES
Para un mejor entendimiento de la norma, se tienen las siguientes definiciones:
Accesible Este término se aplica a un dispositivo o función que puede ser
usado o visto por un operador con el propósito de controlar el
desempeño de las acciones de control; como ejemplo: cambios en el
set-point, transferencia auto-manual o acciones de encendido y
apagado.
Alarma Es un dispositivo o función que detecta la presencia de una condición
anormal por medio de una señal audible o un cambio visible discreto,
o puede tratarse de ambas señales al mismo tiempo, las cuales
tienen el fin de atraer la atención.
Estación auto-manual Término empleado como sinónimo de estación de control.
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Detrás del panel Este término se refiere a la posición de un instrumento, el cual ha
sido montado en un panel de control, pero no es normalmente
accesible al operador.
Binario Término aplicado a una señal o dispositivo que tiene solo dos
posiciones o estados discretos. Cuando es usado en su forma más
simple, como en “señal binaria” (lo que es opuesto a señal
analógica), el término denota un estado de “encendido-apagado” o
de “alto-bajo”.
Board Término en inglés el cual se interpreta como sinónimo de panel.
Dispositivo computable o
de cómputo
Dispositivo o función que emplea uno o más cálculos u operaciones
lógicas, o ambas, y transmite uno o más resultados a las señales de
salida.
Configurable Término aplicado a un dispositivo o sistema cuyas características
funcionales pueden ser seleccionadas a través de un programa o de
otros métodos.
Controlador Dispositivo con una salida que varía para regular una variable de
control de una manera específica. Un controlador manual varía su
salida automáticamente en respuesta a una entrada directa o
indirecta de un proceso variable. Un controlador manual es una
estación manual de carga y su salida no depende de una medida de
un proceso variable pero puede variarse solamente por medio de un
procedimiento manual.
Estación de control Una estación de carga manual que también proporciona un control
en el cambio de manual a automático de los modos de control dentro
de lazo de control, a ésta también se le conoce como estación auto-
manual.
Válvula de control Es un dispositivo, el más comúnmente usado, que actúa
manualmente o por sí mismo, que directamente manipula el flujo de
uno o más procesos.
Convertidor Es un dispositivo que recibe información en determinada manera de
un instrumento y transmite una señal de salida en otra forma.
Un convertidor es también conocido como transductor, de cualquier
forma, transductor es un término general, y su uso para conversión
de señales no es recomendado.
Digital Término aplicado a una señal o dispositivo que usa dígitos binarios
para representar valores continuos o estados discretos.
Sistemas de control
distribuidos
Sistema el cual, mientras es funcionalmente integrado, consiste de
subsistemas los cuales pueden ser físicamente separados y
colocarse de una forma remota unos de otros.
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Elemento final de control Dispositivo que controla directamente los valores de la variable
manipulada en un lazo de control. Generalmente el elemento final de
control es una válvula de control.
Función Propósito que debe cumplir un dispositivo de control.
Identificación Secuencia de letras o dígitos, o ambos, usados para señalar un
instrumento en particular o un lazo.
Instrumentación Colección de instrumentos o sus aplicaciones con el fin de observar
mediciones, control, o cualquier combinación de estos.
Local Es la localización de un instrumento que no esta ni dentro ni sobre un
panel o consola, ni esta montado en un cuarto de control. Los
instrumentos locales están comúnmente en el ámbito de un elemento
primario o un elemento de control, la palabra “campo” es un sinónimo
muy usado con local.
Panel local Que no esta en un panel central, los paneles locales están
comúnmente en el ámbito de subsistemas de plantas o subareas. El
término instrumento local de panel no puede ser confundido con
instrumento local.
Lazo Combinación de uno o más instrumentos o funciones de control que
señalan el paso de uno a otro con el propósito de medir y/o controlar
las variables de un proceso.
Estación manual de carga Dispositivo o función que tiene un ajuste de salida manual que es
usado con un actuador o como más dispositivos. La estación no
proporciona un cambio entre un modo de control automático o
manual de un lazo de control. La estación puede tener indicadores
integrados, luces u otras características. Esto es normalmente
conocido como estación manual o cargador manual.
Medida Determinación de la existencia o magnitud de una variable.
Monitor Término general para un instrumento o sistema de instrumentos
usados para la medición o conocer la magnitud de una o más
variables con el propósito de emplear la información en determinado
momento. El término monitor no es muy específico, algunas veces
significa analizador, indicador, o alarma.
Luz del monitor Sinónimo de luz piloto.
Panel Estructura que tiene un grupo de instrumentos montados sobre ella.
El panel puede consistir de una o varias secciones, cubículos,
consolas o escritorios.
Montado en panel Término aplicado a un instrumento que esta montado sobre un panel
o consola y es accesible para un operador en uso normal.
Luz piloto Es una luz que indica cual número o condiciones normales de un
sistema o dispositivo existe. Una luz piloto es también conocida
como una luz monitor o de monitor.
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Elemento primario Sinónimo de sensor.
Proceso Es cualquier operación o secuencia de operaciones que involucren
un cambio de energía, estado, composición, dimensión, u otras
propiedades que pueden referirse a un dato.
Variable de proceso Cualquier propiedad variable de un proceso. El término variable de
proceso es usado en como un Standard para la aplicación a todas
las variables.
Programa Secuencia respetable de acciones que definen el nivel de las salidas
como una compostura de las relaciones al establecimiento de las
entradas.
Controlador lógico
programable
Un controlador, usualmente con entradas y salidas múltiples que
contiene un programa alterable, es llamado de esta manera o
comúnmente conocida como PLC.
Relay Dispositivo cuya función es pasar información sin alterarla o solo
modificarla en determinada forma. Relay es comúnmente usado para
referirse a dispositivos de cómputo.
Sensor Parte de un lazo o un instrumento que primero detecta el valor de
una variable de proceso y que asume una correspondencia,
predeterminación, y estado inteligible o salida. El sensor puede ser
integrado o separado de un elemento funcional o de un lazo. Al
sensor también se le conoce como detector o elemento primario.
Set point El set point o punto de referencia puede ser establecido
manualmente, automáticamente o programado. Su valor se expresa
en las mismas unidades que la variable controlada.
Switch Dispositivo que conecta, desconecta, selecciona, o transfiere uno o
más circuitos y no esta diseñado como un controlador, un relay o una
válvula de control.
Punto de prueba Proceso de una conexión el cual no esta permanentemente
conectado, su conexión es solamente temporal o intermitente a un
instrumento.
Transductor Término general para un dispositivo que recibe información en forma
de uno o más cuantificadores físicos, modificadores de información
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y/o su forma si requiere, y produce una señal de salida resultante.
Dependiendo de la aplicación un transductor puede ser un elemento
primario, un transmisor un relay, un convertidor u otro dispositivo.
Porque el término transductor no es específico, su uso para
aplicaciones específicas no es recomendado.
Transmisor Dispositivo que detecta la variable de un proceso a través de un
sensor y tiene una salida la cual varía su valor solamente como una
función predeterminada de la variable del proceso. El sensor puede
estar o no integrado al transmisor.
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ESQUEMATICOS Y SIMBOLOGIA ISA
ESQUEMAS Y SIMBOLOGIA BASICA DE LOS DIAGRAMAS DE INSTRUMENTACIÓN:
UN ESQUEMA EN BLOQUES:
Todo sistema de instrumentación posee el siguiente esquema lógico:
EFC: elemento final de control.
EPM: Elemento primario de medida.
Todo sistema de control posee una instrumentación adecuada que actúa sobre el proceso
siguiendo el esquema visto. Para cierto proceso se necesita tener una variable ya sea presión,
nivel, caudal con cierto rango de medida, luego el proceso es analizado por un sistema que en
principio es el elemento primario de medida que puede ser un transductor o convertidor p/i que
convierte una señal de presión en corriente la cual es enviada a un transmisor para llevarla al
indicador (en este caso multímetro) y al controlador donde se comparara con el set point que se
desea de la variable, es decir que la parte del comparador hace parte del controlador, pero en
realidad asumimos que el comparador puede ser un algoritmo o esquema de instrucciones de
control que tiene la misión de encontrar el error en la variable para que así el controlador se
encargue de enviar la señal al elemento final de control que lo podemos llamar válvula o cualquier
elemento actuador.
Algo de simbología:
Señales y convertidores
los transmisores y controladores son de la misma manera que los convertidores, solo varían en la
nomenclatura teniendo en cuenta que:
P : PRESION.
T: TEMPERATURA O TRANSMISOR.
L: NIVEL(LEVEL).
F: FLUJO.
I: INDICADOR O CORRIENTE.
C: CONTROLADOR.
R: REGISTRADOR.
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CON TODO ESTO YA PODEMOS CONSTRUIR UN SISTEMA GRAFICO CON SU
INSTRUMENTACIÓN:
1. Válvula de paso.
2. Indicador de nivel de cristal.
3. Tanque.
4. motobomba.
5. válvula controlada.
El proceso consiste en controlar el flujo, es decir, esta será la variable controlada; es un sistema en
lazo cerrado por que el controlador esta recibiendo señales de entrada para determinar la salida,
estas señales son enviadas por una celda de presión diferencial la cual se encarga de medir la
entrada de agua que es la variable manipuleada, este instrumento es precisamente un transmisor
de flujo que le entrega la señal a unos convertidores que disponen la señal para que el controlador
la asimile y deduzca una acción donde el elemento final de control que es la válvula controlada.
SÍMBOLOS DE LÍNEAS
La sismología de líneas representa la información única y critica de los diagramas de
instrumentación y tuberías. Las líneas indican la forma en que se interconectan los diferentes
instrumentos así como las tuberías dentro de un lazo de control.
Las líneas pueden indicar diferentes tipos de señales como son neumáticas, eléctricas,
ópticas, señales digitales, ondas de radio etc.
Conexión a proceso, enlace mecánico, o
alimentación de instrumentos.
Señal indefinida
ó Señal Eléctrica
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E.U. Internacional
Señal Hidráulica
Señal Neumática
Señal electromagnética o sónica
(guiada)
Señal electromagnética o sónica (no
guiada)
Señal neumática binaria
ó Señal eléctrica binaria
Tubo capilar
Enlace de sistema interno (software o
enlace de información)
Enlace mecánico
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Se sugieren las siguientes abreviaturas para representar el tipo de alimentación (o bien de purga
de fluidos):
AS Alimentación de aire.
ES Alimentación eléctrica.
GS Alimentación de gas.
HS Alimentación hidráulica.
NS Alimentación de nitrógeno.
SS Alimentación de vapor.
WS Alimentación de agua.
SÍMBOLOS DE VÁLVULAS Y ACTUADORES
VÁLVULAS
Símbolos para válvulas de control
Globo,
compuerasdata u otra Ángulo Mariposa Obturador rotativo o
válvula de bola
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Tres vías Cuatro vías Globo Diafragma
ACTUADORES
SÍMBOLOS PARA ACTUADORES.
Diafragma con muelle
Diafragma con muelle, posicionador y
válvula piloto y válvula que presuriza el
diafragma al
Actuar.
Preferido Opcional
MOTOR ROTATIVO
Cilindro sin posicionador u otro piloto
Simple acción Doble acción
Preferido para cualquier
cilindro
Actuador manual
Electrohidráulico
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Solenoide
Para Válvula de alivio
o de seguridad
ACCIÓN DEL ACTUADOR EN CASO DE FALLO DE AIRE (O DE
POTENCIA)
Abre en fallo Cierra en fallo
Abre en fallo a vía A-C
Abre en fallo a vías A-C y
D-B
Se bloquea en fallo Posición indeterminada
en fallo
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TEMPERATURA.
Mediante el contacto de la epidermis con un objeto se perciben sensaciones de frío o de calor.
Los conceptos de calor y frío son totalmente relativos y sólo se pueden establecer con la
relación a un cuerpo de referencia como, por ejemplo, la mano del hombre. Lo que se percibe
con más precisión es la temperatura del objeto o, más exactamente todavía, la diferencia entre
la temperatura del mismo y la de la mano que la toca. Ahora bien, aunque la sensación
experimentada sea tanto más intensa cuanto más elevada sea la temperatura, se trata sólo una
apreciación muy poco exacta que no puede considerarse como medida de temperatura. Para
efectuar esta última se utilizan otras propiedades del calor, como la dilatación, cuyos efectos
son susceptibles. Temperatura es, entonces, la cantidad de calor que posee un cuerpo.
Con muy pocas excepciones todos los cuerpos aumentan de volumen al calentarse y
diminuyen cuando se enfrían. En caso de los sólidos, el volumen suele incrementarse en todas
las direcciones se puede observar este fenómeno en una de ellas con experiencia del pirómetro
del cuadrante. Éste consta de una barra metálica apoyada en dos soportes, uno de los cuales
se fija con un tornillo, mientras que el otro puede deslizarse y empujar una palanca acodada
terminada por una aguja que recorre un cuadrante o escala cuadrada. Cuando, mediante un
mechero, se calienta fuertemente la barra, está se dilata y el valor del alargamiento, ampliado
por la palanca, aparece en el cuadrante.
Otro experimento igualmente característico es el llamado del anillo de Gravesande. Este
aparato se compone de un soporte del que cuelga una esfera metálica cuyo diámetro es
ligeramente inferior al de un anillo el mismo metal por el cual puede pasar cuando las dos
piezas están a l a misma temperatura. Si se calienta la esfera dejando el anillo a la temperatura
ordinaria, aquella se dilata y no pasa por el anillo; en cambio puede volver a hacerlo una vez
enfriada o en el caso en que se hayan calentando simultáneamente y a la misma temperatura la
esfera y el anillo.
La dilatación es, por consiguiente, una primera propiedad térmica de los cuerpos, que
permite llegar a la noción de la temperatura. La segunda magnitud fundamental es la cantidad
de calor que se supone reciben o ceden los cuerpos al calentarse o al enfriarse,
respectivamente.
La cantidad de calor que hay que proporcionar a un cuerpo para que su temperatura
aumente en un número de unidades determinado es tanto mayor cuanto más elevada es la
masa de dicho cuerpo y es proporcional a lo que se denomina calor específico de la sustancia
de que está constituido. Cuando se calienta un cuerpo en uno de sus puntos, el calor se
propaga a los que son próximos y la diferencia de temperatura entre el punto calentado
directamente y otro situado a cierta distancia es tanto menor cuando mejor conducto del calor
es dicho cuerpo.
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Se desprende de lo anterior que el estudio del calor sólo puede hacerse después de haber
definido de una exacta los dos términos relativos al propio calor, es decir, la temperatura, que
se expresa en grados, y la cantidad de calor, que se expresa en calorías.
ESCALAS
Cinco escalas diferentes de temperatura están en uso en estos días: la Celsius, conocida
también como escala centígrada, la Fahrenheit, la Kelvin, la Rankine, y la escala
internacional de temperatura termodinámica. La escala centígrada, con un punto de
congelación de 0° C y un punto de ebullición de 100°C, se usa ampliamente en todo el mundo,
particularmente para el trabajo científico, aunque que se destituida oficialmente en 1950 por la
escala internacional de temperatura.
La escala Fahrenheit, usada en países de habla inglesa es usada no solo con propósitos de
trabajo científico sino con otros y con base en el termómetro de mercurio, el punto de
congelación del agua se define en 32° F y el punto de ebullición en 212° F. En la escala Kelvin,
la más usualmente usada en escala termodinámica de temperatura, el cero se define como el
cero absoluto de la temperatura, que es, -273.15°C ó -459.67° F. Otra escala que emplea el
cero absoluto como su punto más bajo es la escala de Rankine, en la cual cada grado de
temperatura es equivalente a un grado de la escala Fahrenheit. El punto de congelación del
agua en la escala de Rankine es de 492° R, y el punto de ebullición es de 672° R.
En 1933 científicos de 31 naciones adoptaron una escala de temperatura internacional
nueva con puntos adicionales fijos de temperatura, con base en la escala de Kelvin y con
principios termodinámicos. La escala internacional es con base en la propiedad eléctrica de
resistencia, con cable de platino como la temperatura base entre los -190° y 660° C. Arriba de
los 660° C, hasta el punto de derretimiento del oro, 1063° C, se usa para puntos de temperatura
mas altos, a partir de este punto las mediciones de temperatura son medidas por el llamado
pirometro óptico, que usa la intensidad de luz de una onda emitida por un cuerpo caliente para
el propósito.
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PASAJE DE ESCALAS COMUNES
Las dos escalas de temperatura de uso común son la Celsius (llamada anteriormente
‘’centígrada’’) y la Fahrenheit. Estas se encuentran definidas en términos de la escala Kelvin,
que es la escala fundamental de temperatura en la ciencia.
La escala Celsius de temperatura usa la unidad ‘’grado Celsius’’ (símbolo 0C), igual a la
unidad ‘’Kelvin’’. Por esto, los intervalos de temperatura tienen el mismo valor numérico en las
escalas Celsius y Kelvin. La definición original de la escala Celsius se ha sustituido por otra que
es más conveniente. Sí hacemos que Tc represente la escala de temperatura, entonces:
Tc = T - 273.150
…relaciona la temperatura Celsius Tc (0C) y la temperatura Kelvin T(K). Vemos que el punto
triple del agua (=273.16K por definición), corresponde a 0.010º C. La escala Celsius se definió
de tal manera que la temperatura a la que el hielo y el aire saturado con agua se encuentran en
equilibrio a la presión atmosférica, el llamado punto de hielo es 0.00 º C y la temperatura a la
que el vapor y el agua liquida, están en equilibrio a 1 atm. de presión, punto del vapor, es de
100.00 º C.
La escala Fahrenheit, todavía se usa en algunos países que emplean el idioma ingles
aunque usualmente no se usa en el trabajo científico. Se define que la relación entre las escalas
Fahrenheit y Celsius es:
T TF c= +32
9
5
De esta relación podemos concluir que el punto del hielo (0.00 º C) es igual a 32.0 º F, y
que el punto del vapor (100.0 º C) es igual a 212.0 0F, y que un grado Fahrenheit es
exactamente igual 5/9 del tamaño de un grado Celsius.
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MEDIDAS DE TEMPERATURA
Los elementos de medida de temperatura más adaptados al control automático de
procesos son:
 Termopares (o pares termoeléctricos)
 Termómetros de resistencia
 Sistemas de bulbo y bourdon
 Termómetros de dilatación
 Pirómetros de radiación
 Termistores .
TERMOPARES
Conjunto compuesto por dos metales de distinta naturaleza, unidos entre sí por uno de sus
extremos, que al ser calentado genera una fuerza electromotriz (f.e.m.) al cerrar el bucle por el
otro extremo (zona fría) de manera proporcional, pero no lineal, a la temperatura.
Se describen los tipos más fundamentales
los termopares son seleccionados para la mayoría de las medidas industriales. Tienen
sencilla construcción, si están bien calibrados son precisos. Se basan en el descubrimiento
siguiente hecho por Jean Peltier en 1821: "Cuando hilos de metales diferentes están en
contacto por los extremos, se genera una f.e.m. (y aparece una corriente eléctrica en el
circuito) cuando los dos contactos están a diferentes temperaturas" .
Los pares de metales más utilizados en la constitución de termopares industriales son:
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TABLA DE TERMOPARES MAS COMUNES
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TERMOPARES EN METALES COMUNES
Las temperaturas indicadas son las máximas en las que se pueden utilizar, siempre en
función del diámetro del hilo y de la protección adecuada en las atmósferas en que se
utilizan.
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TIPO PARES DE CONSTRUCCION
RANGOS DE
TEMPERATURA
T COBRE-CONSTANTAN - 200............+ 350º C
J HIERRO -CONSTANTAN - 200............+ 500º C
K NÍQUEL CROMO - NÍQUEL - 200............+ 1,150º C
R PLATINO-PLATINO Rh 13% 0............+ 1,700º C
S PLATINO-PLATINO Rh 10% 0............+ 1,600º C
E CROMEL - CONSTANTAN - 200 ...........+ 900º C
B PLATINO RODIO 6 % - PLATINO Rh. 30 % + 800............+ 1,700º C
TERMOPARES ESPECIALES
C 0--------------2300º C
G 0--------------2300º C
D 0--------------2300º C
U -200---------400º C
L 200-----------760º C
N 0--------------1300º C
E -270------------1000º C

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Para muy altas temperaturas se fabrican termopares de metales refractarios como son:
o Tungsteno – Tungsteno renio
o Grafito – Silicio
o Iridio – Iridio renio
o Tungsteno – Iridio
o Molibdeno – Molibdeno renio
El termopar se selecciona en función de la gama de temperaturas, de los efectos
corrosivos del medio ambiente y, de la precisión deseada.
La localización de un termopar en el proceso se debe considerar cuidadosamente. En
realidad, además de los cambios térmicos por conducción en relación con el fluido, entran
en juego intercambios de energía por radiación con las superficies calientes o frías de la
instalación (tuberías, aletas, paredes, etc.)
TERMÓMETROS DE RESISTENCIA (O TERMO-RESISTENCIAS)
Se usan para alcanzar mayor precisión que con termopares, o para medidas de pequeñas
desviaciones de temperatura (del orden de 0.02°C). Cuando se miden temperaturas
próximas a la temperatura ambiente son imprescindibles las resistencias. El error máximo
de los termómetros industriales de resistencia es cercano a 0.5%.
Este método aprovecha el cambio de la resistencia de los conductores eléctricos con la
temperatura. Las sustancias que utiliza son hilos metálicos de platino (son los más usados
por la precisión y resistencia a la corrosión), cobre o níquel, plata, etc.,
El hilo metálico de resistencia termométrica se enrolla en soportes aislantes generalmente
de cerámica. Exteriormente las resistencias están protegidas por fundas termométricas de
diversas sustancias (metal, cerámica, vidrio, etc.).
TERMORRESISTENCIAS (RTD)
El principio de funcionamiento está basado en la variación del valor óhmico, de forma
proporcional y muy lineal, en función de la temperatura.
DIVISIÓN: PTC Y NTC
PTC: Al aumentar la temperatura, aumenta la resistencia.
NTC: Al aumentar la temperatura, disminuye la resistencia.
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CARACTERÍSTICAS
Por la naturaleza del material del que son construidas, cabe destacar la
termorresistencia de platino (Pt), elemento que permite que sean altamente precisas,
estables y de elevada repetibilidad. El rango de precisión alcanza desde ± 0,35ºC (1
DIN) hasta ± 0,03ºC (1/10 DIN), referencia a 0ºC.
El modelo más comúnmente utilizado es la Pt100, referencia 100 Ω a 0ºC. Otros tipos
pueden ser Pt500, Pt1000, y también las hay de níquel: Ni100, Ni200, etc.
Un factor importante a tener en cuenta es que la precisión de los sensores varía
según el rango medido. Así, podemos encontrar un sensor que cumpla el rango que
deseamos medir, pero en alguna zona del rango no sea suficiente preciso, por ello
debemos mirar la precisiones en todos los rangos.
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TOLERANCIAS DE LA Pt100
Normalmente las PTC estándar mantienen una tolerancia de 0,5 a 1ºC.
Normalmente las NTC estándar mantienen una tolerancia de 0,3 a 0,4ºC.
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PRESION
Introducción
El control de la presión en los procesos industriales da condiciones de operación seguras.
Cualquier recipiente o tubería posee cierta presión máxima de operación y de seguridad variando
este, de acuerdo con el material y la construcción. Las presiones excesivas no solo pueden
provocar la destrucción del equipo, si no también puede provocar la destrucción del equipo
adyacente y ponen al personal en situaciones peligrosas, particularmente cuando están implícitas,
fluidos inflamables o corrosivos. Para tales aplicaciones, las lecturas absolutas de gran precisión
con frecuencia son tan importantes como lo es la seguridad extrema.
Por otro lado, la presión puede llegar a tener efectos directos o indirectos en el valor de las
variables del proceso (como la composición de una mezcla en el proceso de destilación). En tales
casos, su valor absoluto medio o controlado con precisión de gran importancia ya que afectaría la
pureza de los productos poniéndolos fuera de especificación.
La presión puede definirse como una fuerza por unidad de área o superficie, en donde para la
mayoría de los casos se mide directamente por su equilibrio directamente con otra fuerza,
conocidas que puede ser la de una columna liquida un resorte, un embolo cargado con un peso o
un diafragma cargado con un resorte o cualquier otro elemento que puede sufrir una deformación
cualitativa cuando se le aplica la presión.
Tenemos que:
La relación de los diferentes tipos de presión se expresa en la figura siguiente:
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PRESIÓN ABSOLUTA
Es la presión de un fluido medido con referencia al vacío perfecto o cero absoluto. La presión
absoluta es cero únicamente cuando no existe choque entre las moléculas lo que indica que la
proporción de moléculas en estado gaseoso o la velocidad molecular es muy pequeña. Ester
termino se creo debido a que la presión atmosférica varia 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 termino
absoluto unifica criterios.
PRESIÓN ATMOSFÉRICA
El hecho de estar rodeados por una masa gaseosa (aire), y al tener este aire un peso actuando
sobre la tierra, quiere decir que estamos sometidos a una presión (atmosférica), la presión ejercida
por la atmósfera de la tierra, tal como se mide normalmente por medio del barómetro (presión
barométrica). Al nivel del mar o a las alturas próximas a este, el valor de la presión es cercano a
14.7 lb/plg2
(101,35Kpa), ,disminuyendo estos valores con la altitud.
PRESIÓN MANOMÉTRICA
Son normalmente las presiones superiores a la atmosférica, que se mide por medio de un
elemento que se define la diferencia entre la presión que es desconocida y la presión atmosférica
que existe, si el valor absoluto de la presión es constante y la presión atmosférica aumenta, la
presión manométrica disminuye; esta diferencia generalmente es pequeña mientras que en las
mediciones de presiones superiores, dicha diferencia es insignificante, es evidente que el valor
absoluto de la presión puede abstenerse adicionando el valor real de la presión atmosférica a la
lectura del manómetro.
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La presión puede obtenerse adicionando el valor real de la presión atmosférica a la lectura del
manómetro.
Presión Absoluta = Presión Manométrica + Presión Atmosférica.
VACÍO
Se refiere a presiones manométricas menores que la atmosférica, que normalmente se miden,
mediante los mismos tipos de elementos con que se miden las presiones superiores a la
atmosférica, es decir, por diferencia entre el valor desconocido y la presión atmosférica existente.
Los valores que corresponden al vacío aumentan al acercarse al cero absoluto y por lo general se
expresa a modo de centímetros de mercurio (cmHg), metros de agua, etc.
De la misma manera que para las presiones manométricas, las variaciones de la presión
atmosférica tienen solo un efecto pequeño en las lecturas del indicador de vacío.
Sin embargo, las variaciones pueden llegar a ser de importancia, que todo el intervalo hasta
llegar al cero absoluto solo comprende 760 mmHg.
Medida de la presión.
Manómetro Para medir la presión empleamos un dispositivo denominado manómetro. Como A y B
están a la misma altura la presión en A y en B debe ser la misma. Por una rama la presión en B es
debida al gas encerrado en el recipiente. Por la otra rama la presión en A es debida a la presión
atmosférica más la presión debida a la diferencia de alturas del líquido manométrico.
p=p0+ gh
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EXPERIENCIA DE TORRICELLI
Para medir la presión atmosférica, Torricelli empleó un tubo largo cerrado por uno de sus
extremos, lo llenó de mercurio y le dio la vuelta sobre una vasija de mercurio. El mercurio
descendió hasta una altura h = 0.76 m al nivel del mar. Dado que el extremo cerrado del tubo se
encuentra casi al vacío p = 0, y sabiendo la densidad del mercurio es 13.55 g /cm3
ó 13550 kg/m3
podemos determinar el valor de la presión atmosférica.
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Tipos de Medidores de Presión
Los instrumentos para medición de presión pueden ser indicadores, registradores, transmisores
y controladores, y pueden clasificarse de acuerdo a lo siguiente:
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TIPO DE MANÓMETRO RANGO DE OPERACIÓN
M. DE IONIZACIÓN 0.0001 A 1 X 10-3
MMHG ABS
M. DE TERMOPAR 1 X 10-3
A 0.05 MMHG
M. DE RESISTENCIA 1 X 10-3
A 1 MMHG
M. MC. CLAU 1 X 10-4
A 10 MMHG
M. DE CAMPANA INVERTIDA 0 A 7.6 MMH2O
M. DE FUELLE ABIERTO 13 A 230 CMH2O
M. DE CÁPSULA 2.5 A 250 MMH2O
M. DE CAMPANA DE MERCURIO (LEDOUX) 0 A 5 MTS H2O
M. "U" 0 A 2 KG/CM2
M. DE FUELLE CERRADO 0 A 3 KG/CM2
M. DE ESPIRAL 0 A 300 KG/CM2
M. DE BOURDON TIPO "C" 0 A 1,500 KG/CM2
M. MEDIDOR DE ESFUERZOS (STREN
GEIGS)
7 A 3,500 KG/CM2
M. HELICOIDAL 0 A 10,000 KG/CM2
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MEDIDAS DE PRESION
UNIDADES Y CLASES DE PRESIÓN
La presión es una fuerza por unidad de superficie y puede expresarse en unidades tales como
pascal, bar, atmósferas, kilogramos por centímetro cuadrado y psi (libras por pulgada cuadrada).
En él Sistema Internacional (S.I.) esta normalizada en pascal de acuerdo con las Conferencias
Generales de Pesas y Medidas que tuvieron lugar en Paris en octubre de 1967 y 1971, y según la
Recomendación Internacional número 17, ratificada en la III Conferencia General de la
Organización Internacional de metrología Legal. El pascal es 1 newton por metro cuadrado (1
N/m²), siendo el newton la fuerza que aplicada a un cuerpo.
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Tabla 1 de unidades de presión de masa 1 kg, le comunica una aceleración de 1 m/s² . Como el
pascal es una unidad muy pequeña, se emplean también el kilopascal (1 kPa = 10 ² bar), el
megapascal (1 MPa = 10 bar) y el gigapascal (1 GPa = 10 000 bar). En la industria se utiliza
también el bar (1 bar = 10⊥5 Pa = 1,02 kg/cm. cuadrado) y el kg/CM2, Si bien esta última unidad, a
pesar de su uso todavía muy extendido, se emplea cada vez con menos frecuencia.
En la tabla 1. figuran las equivalencias entre estas unidades.
La presión puede medirse en valores absolutos o diferenciales. En la figura 1.1 se indican las
clases de presión que los instrumentos miden comúnmente miden en las industrias.
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Figura 1.1 Clases de Presion
La presion absoluta mide con relación al cero absoluto de presión (puntos A y A' de la figura
1.1).
La presión atmosférica es la presión ejercida por la atmosfera terrestre medida mediante un
barometro. A nivel del mar, esta presión es proxima a 760 mm (29,9 pulgadas) de mercurio
absolutas o 14,7 psia (libras por pulgada cuadrada absolutas) y estos valores definen la presión
ejercida por la atmosfera estandar.
LA PRESIÓN RELATIVA es la determinada por un elemento que mide la diferencia entre la
presión absoluta y la atmosferica del lugar donde se efectúa la medición (punto B de la figura).
Hay que señalar que al aumentar o disminuir la presión
atmosférica, disminuye o aumenta respectivamente la presión leída (puntos
(B yB'), si bien ello es despreciable al medir presiones elevadas.
LA PRESIÓN DIFERENCIAL es la diferencia entre dos presiones, puntos C y C'. El vacío es la
diferencia de presiones entre la presión atmosférica existente y la presión absoluta, es decir, es la
presión medida por debajo de la atmosférica(puntos D, D' y D"). Viene expresado en mm columna
de mercurio, mm columna de agua o pulgadas de columna de agua. Las variaciones de la presión
atmosférica influyen considerablemente en las lecturas del vacío.
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El campo de aplicación de los medidores de presión es amplio y abarca desde valores muy
bajos (vacío) hasta presiones de miles de bar. En anexo 1 pueden verse los tipos de
instrumentos y su campo de aplicación.
Los instrumentos de presión se clasifican en tres grupos: mecánicos, neumáticos,
electromecánicos y electrónicos.
ELEMENTOS MECÁNICOS PARA LA MEDICION DE PRESION
Se dividen en:
Elementos primarios de medida directa que miden la presión comparándola con la ejercida por
un liquido de densidad y altura conocidas (barómetro de cubeta, manómetro de tubo en U,
manómetro de tubo inclinado, manómetro de toro pendular, manómetro de campana), y .
Elementos primarios elásticos que se deforman por la presión interna del fluido que contienen.
Los elementos primarios elásticos mas empleados son: el tubo Bourdon, el elemento en espiral,
el helicoidal, el diafragma y el fuelle.
El tubo Bourdon es un tubo de sección elìstica que forma un anillo casi completo, cerrado por
un extremo. AI aumentar la presión en el interior del tubo, éste tiende a enderezarse y el
movimiento es transmitido a la aguja indicadora, por un sector dentado y un piñón. La Iey de
deformación del tubo Bourdon es bastante compleja y ha sido determinada empíricamente a través
de numerosas observaciones y ensayos en varios tubos.
El material empleado normalmente en el tubo Bourdon es de acero inoxidable, aleación de cobre
o aleaciones especiales como hastelloy y monel.
El elemento en espiral se forma arrollando el tubo Bourdon en forma de espiral alrededor de un
eje común, y el helicoidal arrollando mas de una espira en forma de hè1ice. Estos elementos
proporcionan un desplazamiento grande del extremo libre y por ello, son ideales para los
registradores.
El diafragma consiste en una o varias capsulas circulares conectadas rigidamente entre si por
soldadura, de forma que al aplicar presión, cada capsula se deforma y la suma de los pequeños
desplazamientos es amplificada por un juego de palancas. El sistema se proyecta de tal modo
que, al aplicar presión, el movimiento se aproxima a una relacion lineal en un intervalo de medida
lo mas amplio posible con un minimo de histèresis y de desviación permanente en el cero del
instrumento.
El material del diafragma es normalmente aleacion de niquel o inconel x. Se utiliza para
pequeñas presiones.
El fuelle es parecido al diafragma compuesto, pero de una sola pieza flexible axialmente, y
puede dilatarse o contraerse con un desplazamiento considerable.
Hay que señalar que los elementos de fuelle se caracterizan por su larga duración, demostrada
en ensayos en los que han soportado sin deformación alguna millones de ciclos de flexión. El
material empleado para el fuelle es usualmente bronce fosforoso y el muelle es tratado
térmicamente para mantener fija su constante de fuerza por unidad de compresiòn. Se emplean
para pequeñas presiones.
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Los medidores de presión absoluta consisten en un conjunto de fuelle y muelle opuesto a un
fuelle sellado al vacio absoluto. El movimiento resultante de la unión de los dos fuelles equivale a
la presión absoluta del fluido. El material empleado para los fuelles es latón o acero inoxidable. Se
utilizan para la medida exacta y el control preciso de bajas presiones, a las que puedan afectar las
variaciones en la presión atmosférica. Por ejemplo, en el caso de emplear un vacuometro para el
mantenimiento de una presión absoluta de 50 mm de mercurio en una columna de destilación, el
punto de consigna seria de 710 mm, con una presión atmosférica de 760 mm. Si la presión
atmosférica cambiase a 775 mm cl vacuometro indicaría: 710 + 15 = 725 mm con lo cual la presión
absoluta en la columna sería controlada a 50 + 15 = 65 mm, es decir, a un 30 % más de la
deseada.
En la medida de presiones de fluidos corrosivos pueden emplearse elementos primarios
elásticos con materiales especiales en contacto directo con el fluido. Sin embargo, en la mayoría
de los casos es más económico utilizar un fluido de sello cuando él fluido es altamente viscoso y
obtura el elemento (tubo Bourdon, por ejemplo), o bien, cuando la temperatura del proceso es
demasiado alta. Tal ocurre en la medición de presión del vapor de agua en que el agua
condensada aísla el tubo Bourdon de la alta temperatura del vapor figura 1.2 a.
Se emplean asimismo sellos volumétricos de diafragma y de fuelle figura b y c que contienen un
liquido incompresible para la transmisión de la presión.
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Figura 1.2 Tipos de Sellos
En la tabla 2 pueden verse las características de los elementos mecánicos descritos.
Tabla 2 elementos mecanicos
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ELEMENTOS NEUMÁTICOS PARA MEDIR PRESION
Como elementos neumáticos consideramos los instrumentos transmisores neumaticos
TRANSMISORES NEUMÁTICOS
Los transmisores neumáticos se basan en el sistema tobera-obturador que convierte el
movimiento del elemento de medición en una señal neumática.
El sistema tobera-obturador consiste en un tubo neumático aumentado a una presión
constante P,,, con una reducción en su salida en forma de tobera, la cual puede ser obstruida por
una lámina llamada obturador cuya posición depende del elemento de medida. En la figura 2.1 se
presenta el conjunto.
Figura 2.1 Sistema tobera-obturador
El aire de alimentación de presión normalizada 1,4 bar (20 psi) pasa por la restricción R y llena
el volumen cerrado V escapándose a la atmósfera por la tobera R,. Ésta tiene un diámetro muy
pequeño, de unos 0,25-0,5 mm, mientras que la restricción R tiene un diámetro alrededor de 0,1
mm. Con el obturador abierto la presión posterior remanente es de unos 0,03 bar, lo cual indica
que la relación de presiones diferenciales a través de la restricción R es de 1,4/0,03 =-= 50 veces.
El consumo de aire del conjunto tobera-obturador es relativamente pequeño, del orden de 3 NI/min.
El escape de aire a través de la tobera depende de la posición del obturador, es decir, del valor
de x. Debido a este escape, el volumen V se encontrará a una presión P, intermedia entre P, y la
presión atmosférica. En efecto: para x = 0 el obturador tapa casi totalmente a la tobera, con lo cual
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no hay escape de aire a la atmósfera y P, llega a ser casi igual a la presión P, del aire de
alimentación: para x relativamente grande el obturador está bastante separado de la tobera y no
limita el escape a la atmósfera siendo la presión P, próxima a la atmosférica.
En la figura 2.2 se representa una tobera ejerce una fuerza sobre el obturador F P, X S que
tiende a desplazarlo. Esta curva de respuesta típica de un sistema tobera-obturador, pudiendo
verse que la misma no es lineal.
El aire que se escapa de la fuerza debe hacerse despreciable con relación a la fuerza del
elemento de medida que posiciona el obturador.
Con este objeto, en el amplificador de dos etapas se utiliza sólo una parte reducida de la curva,
y se disminuye además la sección de la tobera a diámetros muy pequeños de 0,1 a 0,2 mm (no se
consideran diámetros más pequeños para evitar que la tobera se tape por suciedad del aire). De
este modo, la parte reducida de la curva puede aproximarse a una línea recta con lo cual se
consigue una relación prácticamente lineal entre el valor de la variable y la señal transmitida.
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Figura 2.2 Curva de respuesta de un sistema tobera-obturador
Como la restricción fija R es 3 a 4 veces menor que la tobera R,; sólo pasa por la misma un
pequeño caudal de aire, por lo cual, el volumen V debe ser tan reducido como sea posible para
obtener un tiempo de respuesta del sistema inferior al segundo.
La válvula piloto (amplificador neumático) empleada en el amplificador de dos etapas figura
2.3 cumple las siguientes funciones:
1. Aumento del caudal de aire suministrado, o del caudal de escape para conseguir tiempos de
respuesta inferiores al segundo.
2. Amplificación de presión (ganancia) que suele ser de 4 a 5, en general, para obtener así la
señal neumática estándar 3-15 psi (0,2-1 bar).
Figura 2.3 Bloque amplificador de dos etapas
En la válvula piloto con realimentación, sin escape continuo (fig. 2.4 a), la presión posterior P,
de la tobera actúa sobre la membrana de superficie S, mientras que la presión de salida Po lo hace
sobre la membrana S2. El conjunto móvil de las dos membranas tiende al equilibrio y cuando éste
se establece se verifica la siguiente ecuación:
Pl - SI = PO ' S2
La relación
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K. = P0 = S1
P1 S2
es el factor de amplificación o de ganancia de la válvula piloto.
En la posición de equilibrio y ante un aumento de la presión posterior P1 de la tobera, el aire
de alimentación entra en la válvula aumentando el valor de Po. Por el contrario, si P1 disminuye, el
aire contenido en el receptor escapa a través del orificio de escape, con lo cual Po baja. Entre
estas dos reacciones del sistema existe una zona muerta debida a la histéresis mecánica de las
partes moviles que esta representada en la curvas caracteristicas de presion y caudal de la válvula
en las figuras 2.4 c y d.
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Figura 2.4 (a,b,c)
El sistema descrito compuesto por el conjunto tobera-obturador y la válvula piloto presenta
todavía las siguientes desventajas:
- Las variaciones en la presión del aire de alimentación influyen en la señal de salida.
-Las vibraciones que pueden existir en el proceso influyen en el juego mecánico entre el obturador
y el elemento de medida y dan lugar a pulsaciones en la señal de salida, ya que el factor de
amplificación del sistema tobera-obturador es muy grande.
Estos inconvenientes se evitan disminuyendo la ganancia del conjunto por realimentación
negativa de la señal posterior de la tobera P, sobre el obturador. Se utilizan así tres sistemas de
transmisión, el transmisor de equilibrio de movimientos, el de equilibrio de fuerzas y el de equilibrio
de momentos.
Transmisor de equilibrio de movimientos
El transmisor de equilibrio de movimientos (fig. 2.5) compara el movimiento del elemento de
medición asociado al obturador con un fuelle de realimentación de la presión posterior de la tobera.
El conjunto se estabiliza según la diferencia de movimientos alcanzando siempre una posición de
equilibrio tal que existe una correspondencia lineal entre la variable y la señal de salida. Hay que
señalar que en este tipo de transmisores, las palancas deben ser livianas, pero bastante fuertes
para que no se doblen.
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Fig. 2.5 Transmisor de equilibrio de movimientos.
Estos instrumentos se utilizan, en particular, en la transmisión de presión y temperatura donde los
elementos de medida tales como tubos Bourdon, manómetros de fuelle, elementos de temperatura
de bulbo y capilar son capaces de generar un movimiento amplio, sea directamente o bien a través
de palancas con la suficiente fuerza para eliminar el error de histéresis que pudiera producirse. Si
la fuerza disponible es pequeña, aparte de la histéresis, el tiempo necesario para el movimiento es
grande y el transmisor es lento en responder a los cambios de la variable. En este caso, se acude
a los transmisores de equilibrio de fuerzas en los que básicamente el elemento primario de medida
genera una fuerza que se equilibra con otra igual y opuesta producida por el transmisor.
Transmisor de equilibrio de fuerzas
En la figura 2.6 puede verse que el elemento de medición ejerce una fuerza en el punto A sobre
la palanca AC que tiene su punto de apoyo en D. Cuando aumenta la fuerza ejercida por el
elemento de medición, la palanca AC se desequilibra, tapa la tobera, la presión aumenta y el
diafragma ejerce una fuerza hacia arriba alcanzándose un nuevo equilibrio. Hay que señalar, como
se ha dicho, que en este transmisor los movimientos son inapreciables.
Fig. 2.6. Transmisor de equilibrio de fuerzas.
Como elementos neumáticos consideramos los instrumentos transmisores neumaticos cuyo
elemento de medida es la presion adecuado al campo de medida correspondiente. El tipo de
transmisor queda establecido por el campo de medida del elemento segun el anexo 1. Por
ejemplo, un transmisor de 0-20 kg/cm2 utilizará un transmisor de equilibrio de fuerzas de tubo
Bourdon mientras que uno de 3-15 psi será de equilibrio de movimientos con elemento de fuelle.
Elementos Electromecánicos Electronicos
Los elementos electromecánicos de presión utilizan un elemento mecánico elástico combinado
con un transductor eléctrico que genera la señal eléctrica correspondiente. El elemento mecánico
consiste en un tubo Bourdon, espiral, helice, diafragma, fuelle o una combinación de los mismos
que, a traves de un sistema de palancas convierte la presión en una fuerza o en un desplazamiento
mecánico.
Los elementos electromecánicos de presión se clasifican segun el principio de funcionamiento
en los siguientes tipos:
Transmisores electrónicos de equilibrio de fuerzas:
Resistivos.
Magnéticos
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Capacitivos.
Extensométricos.
Piezoeléctricos.
Transmisores electrónicos de equilibrio de fuerzas
En el anexo 2 está representado un transmisor de este tipo . En este instrumento el elemento
mecánico de medición (tubo Bourdon, espiral, fuelle ... ) ejerce una fuerza sobre una barra rigida
del transmisor.
Para cada valor de la presión, la barra adopta una posición determinada excitándose un
transductor de desplazamiento tal como un detector de inductancia, un transformador diferencial o
bien un detector fotoeléctrico. Un circuito oscilador asociado con cualquiera de estos detectores
alimenta una unidad magnética y la fuerza generada reposiciona la barra de equilibrio de fuerzas.
Se completa asi un circuito de realimentación variando la corriente de salida en forma proporcional
al intervalo de presiones del proceso.
En el transmisor de equilibrio de fuerzas con detector fotoeléctrico (anexo 2 c), la barra rígida
tiene en su extremo una ventanilla ranurada que interrumpe total o parcialmente un rayo de luz que
incide en una cé1ula fotoeléctrica de dos elementos. Esta cé1ula forma parte de un circuito de
puente de Wheatstone autoequilibrado y, por lo tanto, cualquier variación de presión que cambie la
barra de posición, moverá la ventana ranurada y desequilibrará el puente. La señal diferencial que
se produce en los dos elementos de la ce1ula es amplificada y excita un servomotor. Éste, al girar,
atornilla una varilla roscada la cual comprime un resorte de realimentación que a su vez aprieta la
barra de equilibrio de fuerza con una fuerza tal que compensa la fuerza desarrollada por el
elemento de presión.De este modo, el sistema se estabiliza en una nueva posición de equilibrio.
Este transmisor dispone de un contador óptico-mecánico acoplado al servomotor que señala los
valores de presión en una pantalla exterior.
Los transductores electrónicos de equilibrio de fuerzas se caracterizan por tener un movimiento
muy pequeño de la barra de equilibrio, poseen realimentación, una elasticidad muy buena y un
nivel alto en la señal de salida. Por su constitución mecánica presentan un ajuste del cero y del
alcance (span) complicado y un alta sensibilidad a vibraciones y su estabilidad en el tiempo es de
media a pobre.
Su intervalo de medida corresponde al del elemento mecánico que utilizan (tubo Bourdon,
espiral, fuelle, diafragma ... ) y su precisión es del orden de 0,5 - 1 %
Transductores resistivos
Constituyen, sin duda, uno de los transmisores eléctricos más sencillos. Consisten en un
elemento elástico (tubo Bourdon o capsula) que varia la resistencia ohmica de un potenciómetro en
función de la presión. El potenciómetro puede adoptar la forma de un solo hilo continuo o bien
estar arrollado a una bobina siguiendo un valor lineal o no de resistencia. Existen varios tipos de
potenciómetro segun sea el elemento de resistencia: potenciómetros de grafito, de resistencia
bobinada, de pelicula metálica y de plastico moldeado. En la figura 3.1 puede verse un
transductor resistivo representativo que consta de un muelle de referencia, el elemento de presión
y un potenciómetro de precisión. El muelle de referencia es el corazón del transductor ya que su
desviación al comprimirse debe ser unicamente una función de la presión y además debe ser
independiente de la temperatura, de la aceleración y de otros factores ambientes externos.
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Figura 3.1 Transductor resistivo
El movimiento del elemento de presión se transmite a un brazo movil aislado que se apoya sobre
el potenciómetro de precisión. Este esta conectado a un circuito de puente de Wheatstone.
Los transductores resistivos son simples y su señal de salida es bastante potente como para
proporcionar una corriente de salida suficiente para el funcionamiento de los instrumentos de
indicación sin necesidad de amplificación. Sin embargo, son insensibles a pequeños movimientos
del contacto del cursor, muy sensibles a vibraciones y presentan una estabilidad pobre en el
tiempo.
El intervalo de medida de estos transmisores corresponde al elemento de,
presión que utilizan (tubo Bourdon, fuelle ... ) y varía en general de 0-0,1 a 0-300 kg/cm². La
precisión es del orden de 1-2 %
Transductores magnéticos
Se clasifican en dos grupos según el principio de funcionamiento. a) Transductores de
inductancia variable figura 3.2 en los que el desplazamiento de un nucleo movil dentro de una
bobina aumenta la inductancia de esta en forma casi proporcional a la porción metálica del nucleo
contenida dentro de la bobina.
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MEDICIONES DE NIVEL
Nivel.
Es la distancia existente entre una línea de referencia y la superficie del fluido, generalmente dicha
línea de referencia se toma como fondo del recipiente.
Métodos de medición.
Como se menciono anteriormente el nivel es la variable que puede ser medida mas fácilmente,
pero existen otros factores, tales como viscosidad del fluido, tipo de medición deseada, presión, si
el recipiente esta o no presurizado, que traen como consecuencias que existan varios métodos y
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tipos de instrumentos medidores del nivel. El medidor de nivel seleccionado dependerá de nuestras
necesidades o condiciones de operación.
Los métodos utilizados para la medición del nivel de líquidos, básicamente pueden ser clasificados
en: Métodos de medición directa y método de medición indirecta.
Métodos de medición indirecta:
Método por medidores actuados por desplazadores.
Estos tipos de instrumentos se utilizan generalmente para llevar la medición a sitios remotos o para
el control de nivel, aunque también pueden utilizarse como un indicador directo. Están compuestos
principalmente por un desplazador, una palanca y un tubo de torsión.
La figura (a) muestra los componentes básicos de uno de estos medidores. Como podemos
observar, el objetivo principal de estos componentes, es convertir el movimiento vertical del
desplazador en un movimiento circular del tubo de torsión.
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Figura (a) Transmisor de fuerza boyante
El principio de funcionamiento se basa en el principio de Arquímedes y puede resumirse de la
siguiente manera: el peso del desplazador ejerce una fuerza sobre el tubo de torsión, pero al subir
el nivel, el desplazador desplaza más líquido y este ejercerá una fuerza o empuje sobre el
desplazador, el cual se vuelve más liviano. Esto trae como consecuencia que el tubo de torsión gire
debido a la disminución de la torsión, que el desplazador ejerce sobre el. Este giro es aprovechado
acoplándose una aguja, la cual indicara el nivel directamente.
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Método de medidores actuados por presión hidrostática.
Al estudiar el objetivo referente a presión, deducimos un formula por la cual se estableció que la
presión en cualquier punto debajo de la superficie del liquido, depende solamente de la profundidad
a la cual se encuentre el punto en cuestión y el peso especifico del liquido, es decir, que Como se
recordara, esta presión es conocida como presión hidrostática.
Existen varios tipos de medidores de nivel que trabajan y operan bajo este principio, de los cuales
los más comunes son:
Sistema básico o Manómetro.
Entre los medidores de nivel actuados por presión hidrostática, el sistema básico o manómetro es
el más sencillo. Consta solamente de un manómetro y en el caso de que el líquido cuyo nivel se
desea medir, sea corrosivo o viscoso, es necesario, además del manómetro, un equipo de sello
con la finalidad de aislar el instrumento de dicho fluido.
El manómetro puede ser uno convencional, con la diferencia de que la escala en lugar de ser
graduada en unidades de presión, es graduada en unidades de nivel.
Medidor de nivel mediante Presión Hidrostática
Método de diafragma-caja
La figura 2-1 muestra una caja de diafragma Foxboro. Esta caja se sumerge en el líquido que se va
a medir, y un capilar lleno de aire se extiende desde ella hasta el instrumento. La deflexión del
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diafragma, que se produce por la altura del líquido, provoca que el aire que contiene el capilar se
comprima. El instrumento que recibe el aire del capilar responde indicando la altura del liquido que
esta ejerciendo presión en el diafragma. La caja se construye en dos secciones, entre estas esta
colocado el diafragma de caucho, o de una composición sintética resistente al aceite.
Figura 2-1 Diafragma-caja medidor de nivel de líquidos
(Cortesía de Foxboro Co.).
MÉTODO DE PRESIÓN DIFERENCIAL
Para la medición de niveles en tanques al vació o bajo presión pueden utilizarse los instrumentos
de medición del flujo por métodos de presión diferencial. La única diferencia es que el instrumento
dará una lectura inversa; es decir, cuando señale caudal cero en medidas de flujo, se leerá nivel
máximo en medidas de nivel. Deben tomarse precauciones para obtener la correspondiente
respuesta del instrumento. Por ejemplo, es posible utilizar medidores de rango compuesto. Como
estos instrumentos están diseñados para permitir el flujo en ambas direcciones, es posible
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utilizarlos para mediciones de nivel de líquido, teniendo la posición de cero en el interior de la
grafica, moviéndose la pluma hacia su borde con el aumento de nivel.
El principio de funcionamiento se basa en aplicarle al instrumento la presión existente en la
superficie del liquido en ambas conexiones con la finalidad de anularla y que la presión detectada,
sea la presión hidrostática, la cual como se ha visto, la podemos representar en unidades de nivel.
MÉTODO DE PRESIÓN RELATIVA.
Las mediciones de nivel que se basan en la presión que ejerce un líquido por su altura, implican
que la densidad sea constante. El instrumento se debe calibrar para una densidad específica y
cualquier cambio en ella trae consigo errores de medición. El método más simple para medir el
nivel de un líquido en un recipiente abierto, es conectar un medidor de presión por debajo del nivel
mas bajo que se va a considerar. Este nivel es, entonces, el de referencia y la presión estática
indicada por el medidor es una medida de la altura de la columna del líquido sobre el medidor, y
por lo tanto del nivel del líquido. El medidor de presión, cuando se usa para mediciones de nivel de
líquidos, se calibra en unidades de presión, en unidades de nivel de líquido correspondientes a la
gravedad específica del líquido, o en unidades volumétricas calculadas según las dimensiones del
recipiente. También se puede calibrar de 0 a 100, lo que permite lecturas en términos de tanto por
ciento de nivel máximo. Para que el medidor lea cero cuando el liquido esta en su nivel mínimo, a
través del elemento accionador debe haber una línea horizontal aproximadamente al mismo nivel
que la línea de centros de la toma de la tubería de mínimo nivel. En el medidor se pueden usar
tornillos de ajuste a cero para compensar pequeñas diferencias. Para controlar el límite, el medidor
de presión puede ser un controlador, o puede estar ligado a un interruptor de presión. Cuando no
se requiere una indicación de nivel, este último es suficiente.
Este método se prefiere, normalmente, al de caja de diafragma si se dispone de aire o liquido para
purga, aunque se puede aceptar un bombeo manual. Se puede aplicar ya sea desde lo alto del
depósito o de las paredes laterales.
MÉTODOS DE MEDICIÓN DIRECTA:
Método de medición de sonda.
Consiste en una varilla o regla graduada, de la longitud conveniente para introducirla dentro del
depósito. La determinación del nivel se efectúa por lectura directa de la longitud mojada por el
líquido. En el momento de la lectura el tanque debe estar abierto a presión atmosférica. Se utiliza
generalmente en tanques de fuel oil o gasolina.
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Medidor de sonda
MÉTODO POR AFORACIÓN.
Es el método de medir nivel por medio de cintas. El instrumento esta compuesto por tres partes
principales que son: el carrete, la cinta graduada y un peso o plomada.
La plomada sirve para que se mantenga la cinta tensa al penetrar en el líquido. Para medir el nivel
se deja que la cinta baje lentamente hasta que la plomada toque el fondo del recipiente. Unas ves
que la plomada toca el fondo se empieza a recoger la cinta con el carrete, hasta que aparezca la
parte donde el líquido ha dejado la marca que indica su nivel.
MÉTODO INDICADOR DE CRISTAL.
Otra forma simple y quizás la mas común de medir el nivel, es por medio del indicador de cristal.
Estos tipos de indicadores sirven para varias aplicaciones y se pueden utilizar tanto para
recipientes abiertos como para cerrados.
El indicador consiste de un tubo de vidrio, en el caso del indicador de bajas presiones y de un vidrio
plano en el caso del indicador para altas presiones, montadas entre dos válvulas, las cuales se
utilizan para sacar de servicio el indicador sin necesidad de parar el proceso.
MÉTODO DE FLOTADOR-BOYA
Los instrumentos que utilizan un flotador-boya no dependen de la presión estática para medir el
nivel de líquidos. De todos modos la presión estática debe tomarse en cuenta al proyectar el
flotador; ya que siendo este hueco, ha de construirse lo suficientemente robusto como para
soportarla sin deformarse.
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El flotador se suspende de una cinta sometida a leve tensión. Conforme aquel se desplaza arriba o
abajo, siguiendo el nivel del líquido, arrastra la cinta la cual hace girar una rueda catalina. La figura
2-3, muestra un transmisor de nivel de liquido Shand & Jurs que acoplado a un captador como el
descrito convierte la posición de flotador en impulsos eléctricos. Los pulsos representan la
información de nivel y se transmiten a estaciones de control remotas, para su lectura.
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MEDIDORES DE FLUJO
FLUJO.
Es la cantidad de fluido que pasa a través de la sección por unidad de tiempo. Por ejemplo, en
cierta tubería puede haber un régimen de flujo de 100 galones de agua por minuto. Esto quiere
decir que durante cada minuto que transcurre pasan 100 galones de agua. Si se considera el
numero de galones que van a pasar a partir de cierto momento, después de dos minutos 200
galones, etc. Si el régimen de flujo se mantiene con el mismo valor, después de cierto tiempo habrá
pasado un numero total de galones igual al régimen de flujo multiplicado por el tiempo transcurrido;
por ejemplo, después de 15 minutos habrán pasado 100 x 15 = 1.500 galones.
Al contrario dividiendo el número total de galones entre el tiempo, se obtiene el régimen de flujo. En
el ejemplo anterior 1.500/15 = 100 gal/min.
UNIDADES PARA MEDIR CANTIDAD DE FLUIDO.
La cantidad de cierto líquido, gas o vapor se puede medir en unidades de masa, y el régimen de
flujo en unidades de masa por unidad de tiempo, por ejemplo, en libras por hora. De hecho, en la
práctica se utilizan dichas unidades, especialmente cuando se trata de vapor de agua.
Pero con mucha frecuencia se mide la cantidad de un fluido en unidades de volumen y el régimen
de flujo en unidades de volumen por unidad de tiempo, por ejemplo, galones por minuto, barriles
por día, pies cúbicos por hora. Generalmente la cantidad de agua se mide en galones a 60 °F, la
de otros líquidos manejados en la industria del petróleo, en barriles a 60 °F; la cantidad de gas en
pies cúbicos a 60 °F y 14.7 lb/plg.
Medidores mecánicos
Los captadores hasta ahora descritos transmiten el desplazamiento del flotador o la inclinación de
la balanza tórica, por medio de juegos de palancas, levas, u otro dispositivo mecánico, a un eje que
gira arrastrando la pluma del registrador. Este eje ha de salir al exterior atravesando la pared de la
cámara del flotador, que esta bajo presión. Esto se consigue por medio de una chumacera o
cojinete estanco que, para no falsear la medida ha de producir el mínimo rozamiento posible sobre
el eje.
Medidores de flujo de desplazamiento positivo
Los medidores de desplazamiento positivo son esencialmente instrumentos de cantidad de flujo.
Se utilizan frecuentemente para medida de líquidos en procesos discontinuos. Para procesos
continuos se prefieren los instrumentos de caudal.
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El instrumento de desplazamiento positivo, toma una cantidad o porción definida del flujo, y la
conduce a través de un medidor, luego produce con la siguiente torsión y así sucesivamente.
Contando las porciones pasadas por el medidor se obtiene la cantidad total pasada por este. La
exactitud de los medidores de desplazamiento positivo es alta, generalmente entre 0,1 y 1 %.
Medidores de corrientes de fluido
Estos medidores tienen una hélice u otro elemento giratorio, que es accionado por la corriente de
fluido y transmite su movimiento, por engranajes, al contador. Miden la velocidad del fluido y la
corriente en medidas de flujo. La figura 3-6 muestra el medidor sparling accionado
magnéticamente: fabricado por Hersey-Sparling Meter Co., y del que se dispone de modelos para
medidas de flujo en tuberías desde 12,25 hasta 61 cm. También se dispone de otros tipos de
medidores para tuberías hasta 183 cm. Una de las ventajas de estos aparatos es la pequeña caída
de presión que provocan; por ejemplo, en líneas de tubería de 20,3 cm o más, la perdida es
generalmente menor que 7,6 cm de columna de agua, a velocidades normales. Generalmente el
propulsor ocupa aproximadamente ocho décimas partes del diámetro de la tubería y se disponen
de estas paletas rectas con el fin de reducir la tubería y asegurar un flujo suave a través del
propulsor.
Medidores de flujo ultrasónicos
El medidor de flujo que fabrica la Gulton Industries, responde a la deflexión de las ondas
ultrasónicas transmitidas a través de una corriente fluida. Un transmisor que genera sonido
ultrasónico, se monta en el exterior de una tubería colocando a distancias determinadas, aguas
arriba y abajo, sendos receptores de ultrasonidos opuestos al emisor. En condiciones de no-flujo,
ambos receptores reciben igual cantidad de energía ultrasónica y generan tensiones iguales. En
condiciones de flujo (en cualquier sentido) las ondas ultrasónicas se deflectan y como resultado los
receptores generan voltajes distintos. Comparando ambos voltajes, se tiene indicación del sentido
y la magnitud del flujo.
Medidores de masa de flujo
Los medidores de masa de flujo diferentes de los demás en que miden directamente el peso del
flujo y no su volumen. El medidor de masa de flujo de la General Eléctrica mide flujos gaseosos o
líquidos, por ejemplo, expresándolos directamente en libras y, por tanto no le afectan las
variaciones de presión, temperatura ni densidad del fluido. La unidad completa incluye cuatro
componentes básicos: el elemento sensible a la velocidad del flujo, el mecanismo del giroscopio
integrador, el registrador ciclométrico y el accionador de contactos.
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VALVULAS ¨TIPOS Y SELECCIÓN¨
Una válvula se puede definir como un aparato mecánico con el cual se puede iniciar, detener o
regular la circulación (paso) de líquidos o gases mediante una pieza movible que abre, cierra u
obstruye en forma parcial uno o más orificios o conductos.
Las válvulas son unos de los instrumentos de control más esenciales en la industria. Debido a su
diseño y materiales, las válvulas pueden abrir y cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o
aislar una enorme serie de líquidos y gases, desde los más simples hasta los más corrosivos o
tóxicos. Sus tamaños van desde una fracción de pulgada hasta 30 ft (9 m) o más de diámetro.
Pueden trabajar con presiones que van desde el vació hasta mas de 20000 lb/in² (140 Mpa) y
temperaturas desde las criogénicas hasta 1500 °F (815 °C). En algunas instalaciones se requiere
un sellado absoluto; en otras, las fugas o escurrimientos no tienen importancia.
La palabra flujo expresa el movimiento de un fluido, pero también significa para nosotros la
cantidad total de fluido que ha pasado por una sección de terminada de un conducto. Caudal es el
flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de fluido que circula por una sección determinada
del conducto en la unidad de tiempo.
Válvula de control.
La válvula automática de control generalmente constituye el último elemento en un lazo de control
instalado en la línea de proceso y se comporta como un orificio cuya sección de paso varia
continuamente con la finalidad de controlar un caudal en una forma determinada.
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PARTES DE LA VÁLVULA DE CONTROL.
Las válvulas de control constan básicamente de dos partes que son: la parte motriz o actuador y el
cuerpo.
DESCRIPCIÓN: Las válvulas de control son las encargadas de regular el caudal del fluido de control
que modifica a su vez el valor de la variable medida y por lo tanto la variable controlada,
comportándose como un orificio de área continuamente variable.
ACTUADOR: el actuador también llamado accionador o motor, puede ser neumático, eléctrico o
hidráulico, pero los más utilizados son los dos primeros, por ser las más sencillas y de rápida
actuaciones. Aproximadamente el 90% de las válvulas utilizadas en la industria son accionadas
neumáticamente. Los actuadores neumáticos constan básicamente de un diafragma, un vástago y un
resorte tal como se muestra en la figura (1-a.). Lo que se busca en un actuador de tipo neumático es
que cada valor de la presión recibida por la válvula corresponda una posición determinada del vástago.
Teniendo en cuenta que la gama usual de presión es de 3 a 15 lbs/pulg² en la mayoría de los
actuadores se selecciona el área del diafragma y la constante del resorte de tal manera que un cambio
de presión de 12 lbs/pulg², produzca un desplazamiento del vástago igual al 100% del total de la
carrera.
EL CUERPO:
Es el alojamiento de las partes internas de la válvula (Asiento-Obturador) que están en contacto con el
fluido, por lo tanto debe ser de material adecuado para resistir altas temperaturas y presiones del fluido
sin pérdidas, tener un tamaño adecuado al caudal que se debe controlar y ser resistente a la erosión o
corrosión producidas por el fluido.
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TAPA DE LA VÁLVULA:
Permite la unión del cuerpo con el actuador y a su través se desliza al vástago del obturador. Este
vástago, accionado por el motor, dispone generalmente de un índice que señala la posición de apertura
y cierre de la válvula.
LA EMPAQUETADURA:
Para que el fluido no se escape a través de la tapa es necesario disponer de un caja de
empaquetadura entre la tapa y el vástago. Para temperaturas superiores a 200ºC se le adicionan a la
caja unas aletas de radiación.
La empaquetadura que se utiliza normalmente es de teflón cuya temperatura máxima de servicio es de
200ºC. A temperaturas superiores es necesario utilizar otro material o alejar la empaquetadura de
cuerpo de la válvula. En el caso de fluidos corrosivos, tóxicos, radiactivos, o muy valiosos hay que
asegurar un cierre total en la estopada, lo cual se consigue mediante el uso de fuelles de
estanqueidad, o empaquetaduras dobles.
La empaquetadura normal suele ser de aros de teflón, de sección en V, comprimidos con un resorte,
con la ventaja de que el teflón es autolubricante y no necesita engrase.
PARTES INTERNAS ( Obturador y Asiento):
Como partes internas se consideran generalmente las piezas metálicas internas desmontables que
están en contacto directo con el fluido. Estas piezas son el vástago, la empaquetadura, los anillos
guías del vástago, el obturador y el asiento.
Para efectuar la selección del conjunto obturador-asiento se recomienda evaluar los siguientes
aspectos.
1. Materiales aptos y especiales para contrarrestar la corrosión, la erosión y el desgaste producidos por
el fluido.
2. Características del caudal en función de la carrera (características del caudal inherente)
3. Tamaño normal o reducido que permite obtener varias capacidades de caudal de la válvula con el
mismo tamaño del cuerpo.
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MATERIALEs: Generalmente son construidos en acero inoxidable por ser este un material muy
resistente a la corrosión y a la erosión del fluido, pero se fabrican de otros materiales de acuerdo a la
aplicación.
FIGURA 1-A ACTUADOR DE UNA VÁLVULA DE CONTROL.
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