Este documento define los conceptos básicos de instrumentación y control de procesos, incluyendo los elementos de un sistema de control como sensores, transmisores, actuadores y controladores. También describe los tipos comunes de instrumentos de medición para variables como presión, caudal, temperatura y nivel, así como conceptos clave como precisión, sensibilidad y constante de tiempo.

1. Instrumento
Dispositivo que realiza una función determinada (medir, indicar,
registrar,….)
Control de procesos
Regulación o manipulación de las variables que influyen en la
conducta de un proceso de manera de obtener un producto de una
calidad y cantidad deseadas de una manera eficiente.

2. Elementos de un sistema de control
Un sistema de control se compone de
 Proceso: Cambio físico o químico de la materia, o conversión de energía.
 Elemento primario: Elemento que convierte la energía de la variable
medida en una forma apropiada para ser medida.
 Elemento sensor: Elemento responsable del valor de la variable medida.
 Controlador: a partir de las señales obtenidas por los sensores, compara
con una referencia y ejerce una acción correctiva de acuerdo con la
desviación.
 Elemento final de control: efectúa la acción de control que afecta al
proceso
 Transmisores: Recibe una señal del elemento primario, puede contener
al transductor y enviar una señal estándar.
 Transductores: Recibe una señal y a partir de un sistema de control y
mediante propiedades físicas, químicas, etc. La transforma en otra señal
amplificada o más cómoda.
 Convertidor: Convierte una señal estándar en otra estándar mediante
una relación lineal preferentemente. Por ejemplo convertidor P/I (de señal
neumática a señal eléctrica de corriente) o su convertidor inverso I/P

3. Elementos de un sistema de control

4. Señalización
Dentro de los sistemas de control automático, las
mediciones más frecuentes o estándar son
 Señales eléctricas
• Voltaje: 0-5 V, ó 0-10 V
• Corriente: 4-20 mA ó 0-20
mA
 Señales neumáticas: 3-15 psi
 Señales hidráulicas
 Señales digitales: (0,1)
 Señales telemétricas

5. Elementos primarios de medicion
Los elementos primarios de medición
mas comunes son:
 Temperatura:
• Termómetros bimétalicos
• Termómetros de vástago de vidrio
• Pirómetros de radiación ópticos
• Pirómetros de radiación infrarrojos
• Indicadores pirometricos
• Termómetros de cristal de cuarzo
• Sistemas termales
• Termopares
• Resistencias eléctricas
(termoresistencias)
 Presión:
• Tubo Bourdon
• Columnas
• Sensores electrónicos (piezoeléctricos)
• Diafragmas
• Fuelles
• Cápsulas
• Campanas
•Flujo (volumétricos y de masa):
•Tubo pifot
•Magnético
•Turbina
•Bomba dosificadora
•Tubo venturi
•Derramadores
•Tubo de Dali
•Tubo de Gentile
•Rotámetro
•Annubar
•Placa de orificio
•Tarjet
•Remolino
•Vortex
•Otras variables:
•Nivel (sólidos y líquidos
•pH
•Conductividad
•Cromatógrafos
•Redox
•Conductividad térmica
•Analizador infrarrojo

6. Definiciones en Instrumentación
 Campo de medición (range): Qué se mide y en
que intervalo, se expresa en valor máximo y
mínimo que alcanza la variable medida.
 Alcance (span): Es la diferencia algebraica
entre los valores superior e inferior del campo.
 Precisión (accuracy): Es la tolerancia de
medición o transmisión del instrumento y define
los errores cometidos cuando el instrumento
se emplea en condiciones normales de
servicio. Se puede expresar como:
• Tanto por ciento del alcance
• En unidades de la variable de desviación
• Tanto por ciento de la lectura efectuada
• Tanto por ciento de la lectura efectuada

7. Definiciones en Instrumentación
 Zona muerta (dead zone o dead band): Es el campo
de valores de la variable que no hace variar la indicación o
la señal de salida del instrumento.
 Sensibilidad (sensitivity): Es la razón entre el
incremento de la lectura y el incremento de la variable
que lo ocasiona, después de haber alcanzado el estado de
reposo.
 Repetibilidad (repeatibility): Es la capacidad de
reproducción de la misma lectura del instrumento al
medir repetidamente valores idénticos de la variable en
las mismas condiciones de servicio y en el mismo sentido
de variación recorriendo todo el campo.
 Histéresis (hysteresis): Diferencia máxima que se
observa en los valores de la lectura del instrumento
para un mismo valor cualquiera del campo de medida,
cuando la variable recorre toda la escala en los dos
sentidos, ascendiente y descendiente.

8. Definiciones en Instrumentación
 Deriva (Derive): error a largo tiempo (el aparato se calienta, etc.).
Es una variación de la salida del medidor con el tiempo a pesar de que
la variable que medimos es constante. Se da cuando medimos algo
por periodos muy largos. Da idea de si el medidor necesita calibración
(deriva de cero y deriva térmica de cero).
 Linealidad (linearity): el aparato sigue alguna relación lineal.
Expresa una relación muy simple entre la variación y la señal de salida
del equipo. Si la relación no es lineal se hace lineal dentro del
rango y se mide las máxima desviación, se puede linealizar por
tramos.
 Resolución (resolution): distinción entre medidas muy cercanas. Es
el más pequeño cambio de la señal que puede detectarse.
 Constante de tiempo (time constant): Tiempo que tarda en dar la
respuesta.
 Alimentación (supply): Energía necesaria para que funcione el
elemento.
 Otras: Ruido, fiabilidad, estabilidad, temperatura de servicio, etc.

10. Sensores con Presión
 Elementos mecánicos
• Barómetro cubeta
• Tubo en U
• Tubo inclinado
• Toro pendular
• Manómetro campana
• Tubo Bourdon
• Espiral
• Helicoidal
• Diafragma
• Fuelle
• Presión absoluta
• Sello volumétrico
 Elementos neumáticos
 Elementos electromecánic
• Transmisores electrónicos de equilibrio de fuerzas
• Resistivos
• Magnéticos
• Capacitivos
• Extensométricos
• Piezoeléctricos

11. Sensores con Caudal
Volumétrica
 Presión diferencial (presión proporcional al cuadrado del flujo volumétrico)
• Placa-orificio
• Tobera
• Tubo Venturi
• Tubo de Pitot y Annubar
 Área variable (Rotámetros)
 Velocidad (canales abiertos)
 Fuerza (medidor de placa)
 Tensión inducida (medidor magnético)
 Desplazamiento positivo
• Disco oscilante
• Pistón oscilante
• Cicloidal
• Birrotor
• Ovales
 Torbellino
 Sónicos o ultrasónicos
Masa
 Compensación de variaciones de densidad
 Térmicos
 Momento angular (turbina y doble turbina)
 Giroscopio
 Coriolis

12. Sensores con Temperatura
 Termómetros de resistencia
(termistores)
 Termopares (J, K, T, R, S)
 Pirómetros de radiación
 Circuitos integrados (LM35)

13. Sensores con Nivel
Líquidos
 Medida directa
• Sonda
• Cinta
• Plomada
• Flotador
 Basados en la presión hidrostática
• Manométrico
• Membrana
• Burbujeo
• Presión diferencial
 Basados en características eléctricas
• Capacitivos
• Conductivos
 Ultrasónicos
 Radiación
 Láser
Sólidos
 Báscula, etc.

14. Transmisores
 Captan la variable de proceso y la
transmiten a distancia a un instrumento
receptor indicador, registrador, controlador
o una combinación de estos.
• Transmisores neumáticos (sistema tobera-
obturador)
 Equilibrio de movimientos, fuerzas ó momentos.
• Transmisores eléctricos
 Detectores de posición de inductancia
 Transformador diferencial
 Transmisores digitales

15. Actuadores
 Los actuadores son dispositivos capaces de
generar una fuerza a partir de líquidos, de
energía eléctrica y gaseosa. El actuador recibe
la orden de un regulador o controlador y da
una salida necesaria para activar a un elemento
final de control como lo son las válvulas. Existen
tres tipos de actuadores:
• Hidráulicos (para potencia, mucha energía y
mantenimiento)
• Neumáticos (precisión, mucha presión y mantenimiento)
• Eléctricos (servomotores, precisos y poco
mantenimiento)

16. Actuadores
 Los actuadores hidráulicos, que son
los de mayor antigüedad, pueden ser
clasificados de acuerdo con la forma
de operación, funcionan en base a
fluidos a presión. Existen tres
grandes grupos:
 cilindro hidráulico
 motor hidráulico
 motor hidráulico de oscilación

17. Nomenclatura diagramas de
control
 Conexión a proceso,
enlace mecánico, o
alimentación de
instrumentos
 Señal indefinida
 Señal eléctrica
 Señal hidráulica
 Señal neumática
 Señal electromagnética o
sónica (guiada)
 Señal electromagnética o
sónica (no guiada)
 Señal neumática binaria
 Señal eléctrica binaria
 Tubo capilar
 Enlace de sistema interno
(software o enlace de
información)
 Enlace mecánico
•Instrumento discreto
•Display Compartido,
Control Compartido
•Función de
computadora
•Control Lógico
Programable
•Montaje local o en
campo
•Montaje en tablero o
en el cuarto de
control
•Montaje detrás del
tablero

20. Elementos finales de control
 Valvulas de control

21. Controladores
 PID’s (proporcional-integral-derivativo)
 PLC (controladores lógicos programables)
 Estrategias de Control
• Control retroalimentado.
• Control anticipativo.
• Control en cascada.
• Control de razón.