Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado
-
Upload
david12011 -
Category
Documents
-
view
1.642 -
download
40
Transcript of Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 1/718
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 2/718
5#
TEMARIO
1. Introducción.
- La Instrumentación como factor de aumento de calidad y eficiencia en la
producción.- Seguridad.- Exactitud y precisión.- Errores de medición.- Calibración.
- Hojas de especificación de instrumentos.
2. Simbología ISA
- Diagramas de tubería e instrumentación.- Nomenclatura.
- Terminología.- Diagramas funcionales de instrumentación.- Índice de instrumentos.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 3/718
6#
3. Medición de temperatura.
- Generalidades.
- Unidades.-Termómetros clínicos industriales, sistemas llenos, termopares,elementos de resistencia, termistores, termopozos.
- Instalación.- Patrones y tablas.
- Aplicaciones.
4. Medición de presión
- Generalidades.- Unidades.
- Tipos de sensores.- Tipos de medidores.- Normas.- Instalación.- Aplicaciones.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 4/718
7#
5. Medición de nivel.
- Tanques atmosféricos.- Recipientes a presión.- Tipos de sensores.- Aplicaciones.
6. Medición de flujo.- Importancia de la medición de flujo de fluidos.- Unidades.- Diferentes principios para la medición de flujo.
- Aplicaciones.- Instalación.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 5/718
8#
7. Mediciones analíticas
- Cromatografía de gases
- Analizador de infrarrojo- Analizador de oxígeno
8. Equipos auxiliares.
- Transmisores.
- Indicadores.- Registradores.- Convertidores.- Transductores.- Interruptores.- Buses de campo.- Clasificación de áreas.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 6/718
9#
9. Elementos finales de control.
- Introducción.
- Características de control.- Tipos de válvulas de control.- Actuadores.- Posicionadores.- Variadores de velocidad
- Servomotores
10. Introducción al control automático.
- Introducción.- Jerarquía de control.- Terminología de control automático.- Lazo abierto y lazo cerrado.- Disturbios.- Parámetros de estabilidad.
- Modos de control: dos posiciones, proporcional, integral y derivativo.- Sintonización de controladores.- Teoría moderna de control.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 7/718
10#
11. Introducción a sistemas de control digital para supervisión y control
de procesos industriales.
- Control unitario SISO
- PLC
- Sistemas de adquisición de datos
- Sistema SCADA
- Sistemas de control distribuido.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 8/718
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 9/718
12#
1. INTRODUCCIÓN
¿Qué es la instrumentación?
¿Porqué es importante?
¿Qué relación guarda con el control de un proceso?
¿Cuáles son las características básicas de uninstrumento?
¿En que influye la selección correcta de uninstrumento?
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 10/718
13#
Proceso
• Un proceso es una parte de una planta de manufactura, en la cuál, elmaterial o la energía es convertida a otras formas de material o energía.
Ejemplos: – Cambio en presión, temperatura, velocidad, potencial eléctrico, etc.
PROCESO
Entrada de airecaliente
Salida deaire frío
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 11/718
14#
Proceso continuo y proceso batch
• Proceso Continuo – El material es introducido y removido del proceso al mismo tiempo y
el proceso una vez iniciado, no para (Reacciones químicas,destilaciones, separaciones, etc).
• Proceso Batch
– El material se agrega a un contenedor; algún proceso se lleva acabo; el producto es removido y se sigue una secuencia que puedeparar o reiniciarse (Bebidas alcoholicas, productos alimenticios, etc).
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 12/718
15#
Sistema
Conjunto de elementos ordenados quecumplen un objetivo, y uno solo de estoselementos no puede cumplir, por si solo, eltrabajo de todo el sistema.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 13/718
16#
Control
Acción o conjunto de acciones que buscanconformar una magnitud variable, o conjuntode magnitudes variables, en un patróndeterminado.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 14/718
17#
Esquema general de control
Medición
Decisión
Acción
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 15/718
18#
Control de procesos
• La regulación o manipulación de variables que influencian en el
comportamiento de un proceso de una forma determinada para obtener unproducto con una calidad y una cantidad deseadas de una manera eficiente
DISTURBIOS
PROCESO
VARIABLECONTROLADA
VARIABLEMEDIDA
CONTROLADOR
VARIABLESMANIPULADAS
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 16/718
19#
Razones de control
•Seguridad•Estabilidad
•Optimización•Protección ambiental
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 17/718
20#
Seguridad
Preservar bajo cualquier condición la integridad del
personal y equipo involucrado en la operación de losprocesos.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 18/718
21#
Estabilidad
Asegurar las condiciones de operación de los procesos,para mantener en forma continua la calidad de losproductos, dentro de los límites especificados.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 19/718
22#
Optimización
Asegurar el máximo beneficio económico en la operaciónde los procesos.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 20/718
23#
Protección ambiental
Reducir a su mínima expresión el impacto ecológico delos efluentes del proceso, para cumplir con todas lasnormatividades aplicables.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 21/718
24#
y
t
Variable Analógica
y
t
Variable Digital
TIPOS DE VARIABLES DE ACUERDO A SU
COMPORTAMIENTO EN EL TIEMPO
Tipos de variables
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 22/718
25#
Señal analógica
Dominio del tiempo
VibraciónVozSonar
TemperaturaPresiónFlujoEsfuerzo
DC
ECGPresión de sangreTransientesCromatografía
0.985
t t f
Dominio de la frecuencia
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 23/718
26#
Señal digital
Señal On-Off Tren de pulsos
Entrada:Lectura de un encoder
Salida:Mueve un motor a pasos
Entrada:Cierre o apertura de uninterruptor
Salida:Abre o cierra una válvula
on
off t
1-
0-t
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 24/718
27#
Metrología
La metrologLa metrologííaa es la ciencia de las medidas, cuyoes la ciencia de las medidas, cuyoestudio comprende los patrones, las magnitudes yestudio comprende los patrones, las magnitudes y
los sistemas de unidades.los sistemas de unidades.
La metrologLa metrologíía estudia la fiabilidad de la relacia estudia la fiabilidad de la relacióónnestablecida entre cualquier magnitud y su patr establecida entre cualquier magnitud y su patr óón.n.
*La medición es el “proceso por el cual se asignannúmeros o símbolos a atributos de entidades del
mundo real de tal forma que los describa de acuerdocon reglas o patrones claramente definidos" [Fentony Pfleeger, 1997].
*Fenton, N.E. y Pfleeger, S.L., Software metrics. A rigurous and practical approach, PWSPub, 1997
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 25/718
28#
Magnitud o Cantidad
Atributo de un fenAtributo de un fenóómeno, cuerpo o sustancia quemeno, cuerpo o sustancia que
puede ser distinguido cualitativamente y determinadopuede ser distinguido cualitativamente y determinadocuantitativamente. Ejemplos de magnitudes:cuantitativamente. Ejemplos de magnitudes:
BBáásicas: Longitud, masa, tiempo.sicas: Longitud, masa, tiempo.
Derivadas: Velocidad, calor,Derivadas: Velocidad, calor, áárea.rea.
Particulares: ConcentraciParticulares: Concentracióón de etanol, resistencian de etanol, resistenciaelelééctrica de un cable, Calor ctrica de un cable, Calor íías que aporta unas que aporta un
alimento.alimento.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 26/718
29#
Unidades de medida
KTTemperatura
stTiempo
mLLongitud
KgMMasa
Unidades SIRepresentación
dimensional
Magnitud
Magnitudesfundamentales
Magnitudes
derivadas
Kg/m/sML-1
t-1
Viscosidad
J/Kg (N-m/Kg)FL/M=M2L-2Energía interna u
W (Kg/m/s3)FL/t=ML-1t-3Potencia
J (Kg/m/s2)FLEnergía
Kg/m3ML-3Densidad
Pa(N/m2)FL2=ML-1t-2Presión
m3L3Volumen
m2L2Area
N(Kg.m/s2)ML2t-2Fuerza
m/s2Lt-2Aceleración
m/sLt-1Velocidad
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 27/718
30#
Rango y Span
• Rango.- Región entre los límites en los cuáles una cantidad es medida,
recibida o transmitida, expresada al establecer los valores de rango
mínimos y máximos.
• LRV (Valor de rango mínimo).- El valor mínimo de la variable medida que
un dispositivo esta ajustado para medir.
• URV (valor de rango máximo).- El valor máximo de la variable medida que
un dispositivo esta ajustado para medir.
• Span.- Diferencia algebraica entre los valores máximo y mínimo.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 28/718
31#
Rango de las variables medidas
RANGOS TÍPICOS TIPO DE RANGO RANGO VALORBAJO DEL
RANGO
VALORALTO DERANGO
SPAN
TERMOPAR K VARIABLE MEDIDA 0 A 2000 oF 0 oF 2000 oF 2000 oF
SEÑAL ELÉCTRICA -0-68 A 44.91 mV -0.68 mV. + 44.91 mV. + 5.556 mV.
MEDIDOR DEFLUJO
VARIABLE MEDIDA 0 A 10,000 LB/HR 0 LB/HR 10,000 LB/HR 10,000LB/HR
TACOMETRO VARIABLE MEDIDA 0 A 500 RPM 0 RPM 500 RPM 500 RPM
SEÑAL ELÉCTRICA 0 A 5 V. 0 V. 5 V. 5 V.
PRESIÓNDIFERENCIAL
VARIABLE MEDIDA 10 A 100 “H2O 10 “H2O 100 “H2O 90 “H2O
SEÑAL ELÉCTRICA 4 A 20 mA. C.D. 4 mA. C.D. 20 mA. C.D. 16 mA. C.D.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 29/718
32#
Ejemplo de rango de variables medidas
¿Cual será la señal en mA. que entrega un transmisor de
presión que mide 32.3 Kg/cm
2
en un rango calibrado de0-70 Kg/cm2, si el transmisor entrega su señal en unrango de 4-20 mA. C.D.?
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 30/718
33#
Medición
Algunos de los factores que afectan la medición son:
• La exactitud,• La precisión,• La resolución,
• La repetibilidad,• La reproducibilidad,• La linealidad,• La histéresis•• El error • La incertidumbre.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 31/718
34#
Exactitud de la medición
**La exactitud de la medición es la concordancia entre un valor
obtenido experimentalmente y el valor de referencia. Es función de larepetibilidad y de la calibración del instrumento.
La precisión es el grado de concordancia entre una serie dedeterminaciones obtenidas de repetir la medición y se expresa como la
desviación estándar relativa o el coeficiente de variación.Es función dela repetibilidad y la reproducibilidad.
La resolución de un instrumento es el mínimo valor confiable que
puede ser medido en un instrumento.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 32/718
35#
100%
0%
SPAN
100
90
80
70
60
5040
30
20
10
0
1009080706050403020100
V A L O R E S
D E
E N T R A D A
VALOR DESEADO
SALIDA MEDIDA
RANGO DE EXACTITUD± 5 % span
Exactitud de la medición
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 33/718
36#
Repetibilidad y Reproducibilidad
La repetibilidad es la precisión de resultados de medición
expresado como la concordancia entre determinaciones omediciones independientes realizada bajo las mismascondiciones (operador, tiempo, aparato, lugar, método, etc).
Reproducibilidad de la medición es la precisión de resultadosde medición expresado como la concordancia entredeterminaciones independientes realizadas bajo diferentes
condiciones (operador, tiempo, aparato, lugar, método, etc).
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 34/718
37#
100%
0%
SPAN
100
90
80
70
60
5040
30
20
10
0
1009080706050403020100
V A L O R E S
D E
E N T R A D A
VALOR DESEADO
SALIDA MEDIDA
Repetibilidad y Reproducibilidad
EL INSTRUMENTO CON QUE SE REALIZA LAMEDICIÓN ES UN INSTRUMENTO PRECISO,MAS NO EXACTO
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 35/718
38#
Linealidad
SALIDA
LINEAL
FLUJO
CURVA CARACTERÍSTICA
LINEALIDAD (ENTRADA/SALIDA)
Se define como la cercania con la cual una curva se aproxima a una línearecta. La linealidad es usuamente medida como una no linealidad y
expresada como linealidad. Hoy en día algunos instrumentos tienen unajuste de linealidad
LINEALIDAD
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 36/718
39#
Histéresis
SALIDA
LINEAL
FLUJO
Es la medida de la diferencia en respuesta de un dispositivo o sistemaal incrementar la señal de entrada de un valor mínimo a un valormáximo y, con respecto a cuando se decrementa de un máximo a unmínimo sobre el mismo rango.
H I S T E
R E S I S
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 37/718
40#
Error
Diferencia algebráica entre los valores indicados y losvalores verdaderos de la variable medida. Existen
diferentes tipos de errores:
• Error de span
• Error de cero• Error de linealización
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 38/718
41#
Error de cero
100%
VALOR VERDADERO
0
100%
% DE ENTRADA
% D E S A L I D A
ERRORES DE CERO
Un instrumento tiene un error de cero cuando todas las indicacionesdel instrumento son consistentemente altos o consistentemente bajos
a través del rango completo del instrumento cuando es comparadocon la salida deseada.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 39/718
42#
Error de Span
En el error de span, la desviación del valor ideal varía en diferentespuntos a lo largo del rango del instrumento. Normalmente se
incrementa, cuando la señal de entrada se incrementa.
100%
VALOR VERDADERO
0
100%
%
D E S A L I D A
ERRORES DE SPAN
% DE ENTRADA
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 40/718
43#
Errores de Span y de Cero combinados
100%
VALOR VERDADERO
0
100%
% D
E S A L I D A
COMBINACIÓN DEERRORES DESPAN Y CERO
% DE ENTRADA
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 41/718
44#
Error de linealidad
Es cuando el resultado de la salida no presenta una línea recta conrespecto al valor de entrada. El error de no linealidad puede ser
corregido durante la calibración si el instrumento tiene un ajuste de nolinealidad. Generalmente se recomienda tomar 5 puntos.
LINEAL
0
100%
% D
E S A L I D A
100%% DE ENTRADA
ERRORES CAUSADOSPOR LA NO LINEALIDAD
E ifi ió d t í ti d
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 42/718
45#
Especificación de características de un
instrumentoUn instrumento de medición es un dispositivo empleado para efectuar mediciones por si solo o como integrante de otro equipo o sistema.
Las características metrológicas de un instrumento están definidas enfunción de los factores que afectan su medición, como ejemplo:
Exactitud : ± 0.2% de span calibrado. Aquí se incluye efectos
combinados de lo siguiente: Repetibilidad : ± 0.05% de span calibrado
Linealidad : ± 0.1% de span calibrado
Histéresis : ± 0.05% de span calibrado
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 43/718
46#
•• Ciencias exactas.Ciencias exactas.
•• Respuesta a cuestiones planteadas por la ciencia.Respuesta a cuestiones planteadas por la ciencia.
•• InvestigaciInvestigacióón cientn cientíífica.fica.•• Manufactura.Manufactura.
•• Control de calidad.Control de calidad.
•• InspecciInspeccióón y vigilancia.n y vigilancia.•• TTéécnica.cnica.
•• Forma parte del ciclo de mejora continua del sistema deForma parte del ciclo de mejora continua del sistema de
administraciadministracióón de la calidad.n de la calidad.•• Es un pilar que soporta la calidad.Es un pilar que soporta la calidad.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 44/718
47#
•• Con la finalidad de evaluar su eficiencia.Con la finalidad de evaluar su eficiencia.
•• Poder comparar mediciones con patrones de referencia.Poder comparar mediciones con patrones de referencia.
•• Poderse comparar con otros laboratorios.Poderse comparar con otros laboratorios.•• Interpretar resultados de la ciencia, la ingenier Interpretar resultados de la ciencia, la ingenier íía, ela, el
comercio, la industria.comercio, la industria.
•• Tener un criterio objetivo para adquisiciTener un criterio objetivo para adquisicióón de equipo.n de equipo.•• Seleccionar el equipo adecuado para un proceso deSeleccionar el equipo adecuado para un proceso de
medicimedicióón especn especíífico.fico.
•• Comprender reglamentaciones oficiales.Comprender reglamentaciones oficiales.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 45/718
48#
•• AnteriormenteAnteriormente:: error error y any anáálisis delisis de erroreserrores..
•• El error es el resultado de una medida menos el valor El error es el resultado de una medida menos el valor
verdadero del mensurando.verdadero del mensurando.
•• ActualmenteActualmente:: Incertidumbre.Incertidumbre.
•• La incertidumbre refleja la imposibilidad de conocer elLa incertidumbre refleja la imposibilidad de conocer elvalor del mensurando y corresponde a la duda delvalor del mensurando y corresponde a la duda delresultado de la mediciresultado de la medicióón, an, aúún cuando sean eliminadosn cuando sean eliminadoslos errores detectados.los errores detectados.
I tid b d l M di ió
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 46/718
49#
Incertidumbre de la Medición
Parámetro asociado al resultado de una medición que caracteriza ladispersión de los valores, que podrían razonablemente ser atribuídos almensurando.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 47/718
50#
¿Qué nos da a conocer la Incertidumbre?
••Caracteriza la calidad del resultado de unaCaracteriza la calidad del resultado de una
medicimedicióón.n.••Refleja la imposibilidad de conocer exactamente elRefleja la imposibilidad de conocer exactamente elvalor del mensurando.valor del mensurando.
••Corresponde a laCorresponde a la dudaduda del resultado de medicidel resultado de medicióón.n.••Corresponde a la duda una vez eliminados oCorresponde a la duda una vez eliminados ocorregidos los errores detectados.corregidos los errores detectados.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 48/718
51#
Fuentes de Incertidumbre
•• Principio de medida.Principio de medida.
•• MMéétodo de medida.todo de medida.
•• Procedimiento de medida.Procedimiento de medida.
•• Correcciones por errores detectados.Correcciones por errores detectados.
•• Correcciones por cantidades de influencia.Correcciones por cantidades de influencia.
•• Valores inexactos de patrones.Valores inexactos de patrones.
•• Muestra no representativa del mensurando.Muestra no representativa del mensurando.
•• Aparatos de mediciAparatos de medicióón.n.
•• MMéétodo de medicitodo de medicióón.n.
•• Variables no controladas (temperatura, humedad, presiVariables no controladas (temperatura, humedad, presióónnatmosf atmosf éérica, corrientes de aire, variacirica, corrientes de aire, variacióón de energn de energíía ela elééctrica,ctrica,
variacivariacióón de flujo de agua,n de flujo de agua, etcetc).).
Normativa de estimación de
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 49/718
52#
Incertidumbre
NMX-EC-17025-IMNC-2000
5.4.6.2. Los laboratorios de ensayo y calibración deberán tener y aplicar
procedimientos para estimar la incertidumbre de medición, ellaboratorio debe al menos intentar identificar todos loscomponentes de la incertidumbre y hacer una estimación razonablebasada en el conocimiento del desempeño del método y delalcance de la medición y deberá hacer uso, por ejemplo, de la
experiencia previa y de la validación de los datos.5.4.6.3. Cuando se esté estimando la incertidumbre de medición deben
ser tomados en cuenta, todos los componentes de incertidumbreque sean de importancia para la situación dada; usando métodos
apropiados de análisis.
C lib ió
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 50/718
53#
Calibración
La calibración de un instrumento es el conjunto de operaciones queestablece, bajo condiciones especificas, la relación entre valores
indicados por un instrumento de medición o sistema de medición o losvalores representados por una medida materializada y los valorescorrespondientes de la magnitud, realizada por los patrones. En formasimple se define como la comparación de las indicaciones de uninstrumento contra un patrón, sin efectuar ningún ajuste.
CALIBRACIÓN APROPIADA
MEDICIÓN EXACTA
BUEN CONTROL DEL PROCESO
SEGURIDAD Y COSTOS BAJOS
Diagrama de bloq es de la calibración
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 51/718
54#
Diagrama de bloques de la calibración
INSTRUMENTOBAJO PRUEBA
PROCESO OENTRADASIMULADA
MEDICIÓNDE ENTRADA PATRÓN
(NORMALIZADA)
MEDICIÓNDE SALIDA(NORMALIZADA)
FUENTE DE ENERGÍA
Programas de calibración de
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 52/718
55#
Programas de calibración deinstrumentos
PROGRAMA ANUAL DE CALIBRACIÓN DE EQUIPOS DE MEDICIÓN
2003
CLAVE
INVENTARIONOM BRE DEL EQUIPO M ARCA M ODELO NO. SERIE
VIDA ÚTIL
DEMANDANTE
RANGO DE
MEDICIÓNPRECISIÓN
COMPAÑÍA QUE
DA EL SERVICIO
PERIODO DE
SERVICIO
S/N Transductor de vacío Baratron 622A TAE-5 619741 10 años 0 a 10 Torr -0.25% E.T.I1 IMP 6 meses*S/N RTD PT100 Fondo Jupiiter JAX1 PT100 9550 10 años -40 a 420oC +-1.0 oC IMP 1 año
S/N RTD PT100 Domo Jupiter JAX PT100 15 10 años -40 a 420oC +-1.0 oC IMP 1 año
S/N RTD PT100 Baño Jupiter JAX2 0H12004 9537 10 años -40 a 420oC +-1.0 oC IMP 1 año
S/N Probeta graduada Pyrex 3062 CB12624 10 años 0-250 ml. +-1.4 ml IMP 1 año
20092 Báscula electrónica Mettler PM30-K L21759 10 años 0-30 Kg. +-1.0 g IMP 1 año
134138 Indicador de temperatura Eurotherm 8155 931-001-007-9 10 años 0-40 oC 0.015 oC IMP 1 año
P t d lib ió
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 53/718
56#
Patrones de calibración
PATRÓN (de medición)
Medida materializada, instrumento de medición, material dereferencia o sistema de medición destinado a definir, realizar,conservar o reproducir una unidad o más valores de unamagnitud para utilizarse como referencia.
PATRÓN NACIONAL (de medición)
Patrón reconocido por una decisión nacional en unpaís, que sirve de base para asignar valores a otrospatrones de la magnitud concerniente.
Pat ones de calib ación
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 54/718
57#
Patrones de calibración
PATRÓN (de medición).- Medida materializada, instrumento demedición, material de referencia o sistema de medición destinado
a definir, realizar, conservar o reproducir una unidad o másvalores de una magnitud para utilizarse como referencia.
PATRÓN NACIONAL (de medición).- Patrón reconocido por unadecisión nacional en un país, que sirve de base para asignar
valores a otros patrones de la magnitud concerniente.
PATRÓN SECUNDARIO.- Patrón cuyo valor es establecido por comparación con un patrón primario de la misma magnitud.
PATRÓN DE TRABAJO.- Patrón que es usado rutinariamente paracalibrar o controlar las medidas materializadas, instrumentosde medición o los materiales de referencia.
Trazabilidad de la medición
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 55/718
58#
Trazabilidad de la medición
Propiedad del resultado de una medición o del valor de un patrón por lacual pueda ser relacionado a referencias determinadas generalmentepatrones nacionales o internacionales por medio de una cadena
ininterumpida de comparaciones teniendo todas las incertidumbresdeterminadas.
Patrón Nacional o Primario
Consumidor, industria, comercio
Definición de laUnidad de Medida
Laboratorio Nacional
Laboratorios de
Calibración Acreditados
Instrumento de Medición o equipo
calibrado
BIPM
Patrón de Referencia
Patrón de Trabajo
Ejemplo de trazabilidad de la medición
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 56/718
59#
Ejemplo de trazabilidad de la medición
Patrones de trabajo
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 57/718
60#
Patrones de trabajo
PATRONES
MANÓMETROS COLUMNAS H2O HGPOTENCIOMÉTRICOS
PUENTE DE WHEATSONEBALANZA DE PESOS MUERTOS
Calibradores neumáticos
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 58/718
61#
Calibradores neumáticos
Balanza de pesos muertos
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 59/718
62#
Balanza de pesos muertos
Calibrador de flujo
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 60/718
63#
Calibrador de flujo
Calibrador de presión
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 61/718
64#
Calibrador de presión
7 8 9
654
1 2 3
0 .+/- ENTER
SETUP
RANGECLEAR(ZERO)
V
MEASSOURCE
mA
TCRTO
VHz
SAVE MORECHOICES
SCALEENGUNITS
AUTO RANGE0 15 30 mA
20.451 mA
11/18/93 07:44:08SOURCE OFF
FLUKE 702
VRTD
MA MA
RTD
MEAS
V
SOURCE30VMAX
300VMAX
MEASURE
~
DOCUMENTING PROCESSCALIBRATOR
Medición Industrial
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 62/718
65#
Medición Industrial
•Medición Local
•Medición Remota
Medición Local
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 63/718
66#
Medición Local
MEDICIÓNLOCAL
MANÓMETROS MIRILLAS
DE NIVEL
TERMOMETROSMIRILLAS
DE FLUJO
Medición Remota
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 64/718
67#
Medición Remota
MEDICIÓNREMOTA
TRANSMISORESNEUMÁTICOS
TRANSMISORESELÉCTRICOS
TRANSMISORESDIGITALES
Instrumentación
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 65/718
68#
La instrumentación es una especialidad referente a los
instrumentos de medición, principalmente a los utilizadosindustrialmente, y forma parte primordial dentro de unsistema enfocado al control de un proceso industrial, por lo que generalmente un instrumentista es un especialista
en instrumentación y control.
Un buen conocimiento de la especialidad redunda en unabuena especificación y selección de la instrumentaciónóptima en un proceso industrial lo cual contribuirá comoun factor de aumento de calidad y eficiencia en laproducción.
Hojas de datos de instrumentos
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 66/718
69#
j
Una hoja de datos es una tabla donde se introducen losdatos de proceso mínimos necesarios para efectuar la
especificación de un instrumento, como pueden ser:temperatura normal y máxima de operación, presión normaly máxima de operación, material de la tubería, tipo defluído, diámetro de la tubería, etc.
En un proyecto, generalmente estos datos se toman deldiagrama de flujo de proceso y del diagrama de tubería einstrumentación, en el que se indican las condiciones de
operación de los puntos importantes del proceso y lascaracterísticas de los recipientes y de las líneas de tubería.
Hojas de datos de instrumentos
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 67/718
70#
Hojas de datos de instrumentos
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 68/718
71#
Hoja de especificación de instrumentos
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 69/718
72#
j p
Una hoja de este tipo especifica las característicasgenerales y específicas del instrumento para su compra.
Para el llenado de esta hoja, es necesario conocer el tipode instrumento que se ha seleccionado en base a lascondiciones de operación plasmadas en las hojas de datos
de instrumentos.La hoja de especificación es un documento básico dentrode la ingeniería de proyecto, ya que fundamenta la compra
y sirve de apoyo para las diferentes actividadessubsecuentes de un proyecto, como los típicos deinstalación, diagramas de alambrado, suministros deenergía, etc.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 70/718
73#
Hojas deespecificación
de
instrumentos(ISA S20)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 71/718
74#
Hojas deespecificación
de
instrumentos(ISA S20)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 72/718
75#
Hojas deespecificación
deinstrumentos
(ISA S20)
Evolución de la instrumentación ycontrol
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 73/718
76#
control
PERÍODO ANTES DE
19201930
A 19401940
A 19501950
A 19601960
A 19701970
A 19801980
A 19901990
EN ADELANTE
INSTRUMENTACIÓN
MEDICIONES
LOCALES
ELEMENTOSFINALES DECONTROL
PRIMEROS
SERVOMECANISMOS
ACTUADORESNEUMÁTICOS
PRIMEROS
INSTRUMENTOSELECTRÓNICOS
PRIMERASCELDAS DE
PRESIÓN DIF.
SURGE LA
CROMATOGRAFÍADE GASES
SURGEN NUEVOSPRINCIPIOS DE
MEDICIÓN
DESARROLLO DE
NUEVOSCONTROLADORES
ELECTRÓNICOSMAS CAPACES
SE DESARROLLANNUEVOS TIPOS
DE VÁLVULAS DECONTROL
SE INTRODUCEN
LOS MICROPROCESADORES
EN LAINSTRUMENTACIÓN
SE
DESARROLLANNUEVOS
INSTRUMENTOSCON MEJOREXACTITUD Y
CONFIABILIDADCON PRECIOSREDUCIDOS
SE
DESARROLLANINSTRUMENTOSINTELIGENTES
CONFUNCIONESMÚTLIPLESCON AUTO
CALIBRACIÓN YAUTO
DIAGNÓSTICO
SISTEMASDE
CONTROL
CONTROLMECÁNICO
CONTROLDE DOS
POSICIONES
PRIMEROSCONTROLESNEUMÁTICOS
PID
PRIMEROSCONTROLES
LÓGICOSPROGRAMABLES
DESARROLLODE LA TEORÍADE CONTROL
MODERNA
PRIMERASTÉCNICAS DE
SINTONÍA
SE DEFINEN LASBASES DECONTROL
SUPERVISORIO YDE CONTROL
DIGITAL DIRECTO
SE DEFINEN LAS
BASES DECONTROL
DISTRIBUIDO
SE DESARROLANLOS PRIMEROS
PLC´s DIGITALES
SE INCREMENTALA CAPCIDAD DE
LOS SISTEMAS DECONTROL
DISTRIBUIDO Y DELOS PLC´s
SEDESARROLLANLAS PRIMERASAPLICACIONESDE CONTROLAVANZADO
SEINTRODUCEN
LOSCONCEPTOS
DE INTEROPERABILIDAD
E INTERCONECTIVIDAD
TELEMETRIA
INSTRUMEN-TACIÓNLOCAL
TRANSMISIÓNNEUMÁTICA
TRANSMISIÓNELÉCTRICA
TRANSMISIÓN4-20 mA.
SEDESARROLLANLOS PRIMEROSSISTEMAS DETELEMETRÍA
SE DESARROLLANLOS PRIMEROSSISTEMAS DEFIBRA ÓPTICA
SENORMALIZAN
LOS PRIMEROSPROTOCOLOS
DIGITALES
SEINTRODUCENLOS CANALES
DE CAMPO
¿Cómo seleccionar un medidor?
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 74/718
77#
Fundamentalmente la selección se basa en las consideraciones deproceso, a la importancia del dato de medición en el proceso y alaspecto económico.
De ahí la importancia de conocer el principio de medición de losdiferentes tipos de medidores y los cálculos necesarios de loselementos primarios para obtener el máximo rendimiento costo-
beneficio de ellos y así disminuir el error en la medición.
Este curso provee métodos técnicos para el diseño, especificación,cálculo y selección de medidores, dando una guía para medir variables
físicas de la mejor manera posible.
Tips para seleccionar un medidor
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 75/718
78#
1. Medidor más familiar.- el más fácilmente entendible, basado sobre
gran cantidad de mediciones y períodos de tiempo.
2. Medidor que se ha utilizado en aplicaciones previas similares.-simple aproximación, no necesariamente malo pero no siempre lamejor solución. Puede ser muy malo si la selección es siempre la
misma.
3. Considerar todos los factores que puedan influir en la selección.-consume en algunos casos demasiadas h-h y es justificada enaplicaciones críticas de flujo.
Ejemplo de características principales para laselección de un medidor de flujo
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 76/718
79#
ESTANDARES DE LA COMPAÑÍA CONEXIONES PARA INSTALACIÓN: BRIDADO,ROSCADO, ETC.
REQUERIMIENTOS LEGALES LIMITACIONES DE ESPACIO
FASE DEL FLUIDO PRINCIPAL TRAYECTORIA DE TUBERIA CORRIENTE ARRRIBACONTENIDO DE SOLIDOS COMPONENTES MAS CERCANOS CORRIENTE
FACTORES DE CALIBRACIÓN NIVEL DE VIBRACIÓNTIPO DE FLUIDO: AGUA, AIRE HC, ETC REPETIBILIDAD DE LECTURANATURALEZA DEL FLUIDO: CORROSIVO,CONDUCTIVO, ETC
VELOCIDAD O TOTALIZACIÓN
TAMAÑO Y MATERIAL DE TUBERÍA TIEMPO DE RESPUESTAINDICADOR DE FLUJO FLUJO MÁXIMO Y MÍNIMOOBSTRUCCIÓN DE FLUJO PÉRDIDA DE PRESIÓN PRESIÓN MÁXIMA Y MÍNIMA
TIPO DE SALIDA DE CONTROL TEMPERATURA MÁXIMA Y MÍNIMATIEMPO ENTRE INSPECCIÓN Y MANTENIMIENTO DENSIDAD DEL FLUIDO
SEGURIDAD VISCOSIDAD DEL FLUIDO
COSTO FLUJO PULSANTE?DESVÍO DE CALIBRACIÓN FLUJO LAMINAR?PROVEEDORES CONDICIONES EXTERNAS: HUMEDAD, CALOR,
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 77/718
Los diagramas de tubería e instrumentación(DTI´s)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 78/718
81#
(DTI s)
Los DTI’s son diagramas que contienen básicamente losequipos de proceso, las tuberías, los instrumentos y las
estrategias de control del proceso. Un DTI es el elementoúnico más importante en el dibujo para:
Definir y organizar un proyecto
Mantener el control sobre un contratista durante laconstrucciónEntender como es controlada la planta después definalizar el proyecto
Mantener un registro de lo que fue acordado y aprobadoformalmente para la construcción
Registrar lo que fue construido en la forma como sediseño con los DTI’s
Los diagramas de tubería e instrumentación(DTI´s)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 79/718
82#
( )
Los DTI’s son conocidos con varios nombres, pero todomundo sin tomar en cuenta como son nombrados conocen su
valor. Estos son algunos de los nombres por los cuales sonconocidos :
DTI’s
P&ID’s (por sus siglas en inglés)Diagramas de tubería e instrumentación
Diagramas de procesos e instrumentación
La mayoria de las firmas utilizan las normas ISA como unabase para luego añadir sus propias modificaciones deacuerdo a sus necesidades.
Normas ISA aplicables a DTI’s
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 80/718
83#
No hay “norma” DTI o acuerdo en la información quedebe ser incluida o excluida de tales documentos.
Las normas ISA ANSI/ISA-5.1-1984 (R1992) y ISA-5.3-1983 son las guías generalmente más aceptables para
desarrollar simbolismo para instrumentación y sistemas decontrol en: las industrias químicas y petroquímica,generación de energía, pulpa y papel, refinación, metales,aire acondicionado, etc. y pueden ser utilizadas enprocesos continuos, por lotes y discretos.
Normas ISA aplicables a DTI’s
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 81/718
84#
• ANSI/ISA-S5.1-1984 (R1992), Identificación y símbolos deinstrumentación.
• ANSI/ISA-S5.2-1976 (R1992), Diagramas lógicos binarios paraoperaciones de proceso.
• ISA-S5.3-1983, Símbolos gráficos para control distribuido,instrumentación de desplegados compartidos, sistemas lógicos ycomputarizados.
• ANSI/ISA-S5.4-1991, Diagramas de lazo de instrumentación.• ANSI/ISA S5.5-1985, Símbolos gráficos para desplegados de proceso.
Otras normas de simbología
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 82/718
85#
• ASA Y32.11-1961 – Símbolos gráficos para diagramas de flujo deproceso en las industrias del petróleo y química (ASME).
• ASA Z32.2.3-1949 – Símbolos gráficos para accesorios de tubería,
válvulas y tubería (ASME)• ANSI Y14.15.a-1971 Sección 15-11 Interconexión de diagramas (ASME)• IEEE Std 315-1975 (ANSI Y32.2 1975) (CSA Z99 1975) Símbolos
gráficos para diagramas eléctricos y electrónicos (IEEE)• ANSI/IEEE Std 315A-1986 (IEEE)
Diagrama de tubería e instrumentación(DTI ó P&I)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 83/718
86#
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 84/718
87#
SIMBOLOGÍA
Contenido de la norma ANSI/ISAS5.1-1984
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 85/718
88#
1. Propósito.
2. Alcance.3. Definiciones.4. Reglas de identificación de instrumentos.
5. Tablas.6. Dibujos.
1. Propósito
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 86/718
89#
Establecer un significado normativo de los
instrumentos y sistemas de instrumentaciónutilizados para la medición y el control,incluyendo símbolos y códigos de
identificación.
2. Alcance
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 87/718
90#
1. Generalidades.
2. Aplicación a industrias.3. Aplicación a actividades de trabajo.4. Aplicación a diferentes tipos de
instrumentación y a funciones deinstrumentos.5. Extensión de identificaciones funcionales.
6. Extensión de identificaciones de lazos.
Aplicación a Industrias
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 88/718
91#
La norma esta disponible para utilizarse en industria química,del petróleo, generación de potencia, acondicionamiento de
aire y cualquier industria de procesos, y se espera que lanorma tenga la suficiente flexibilidad para manejar muchasde las necesidades de algunos campos como la astronomía,navegación y medicina que utilizan instrumentación diferentede los instrumentos convencionales de proceso.
Aplicación a actividades de trabajo
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 89/718
92#
La norma esta disponible para utilizarse en cualquier referencia de simbolización e identificación de un instrumento
o de alguna función de control. Tales referencias pueden ser requeridas para:
-Diagramas de diseño y construcción,-Literatura, discusiones y artículos técnicos,-Diagramas de sistemas de instrumentación, diagramasde lazos y diagramas lógicos,
-Descripciones funcionales,-Diagramas de flujo de: procesos, mecánicos, deingeniería, de tubería e instrumentación (DTI o P&I),-Especificaciones, ordenes de compra, etc.
Aplicación a funciones de instrumentos y aclases de instrumentación
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 90/718
93#
Los métodos de identificación y simbolismos proporcionadospor la norma se aplican a todas las clases de instrumentación
de control y medición de procesos.
La norma no solo puede utilizarse para describir instrumentosdigitales y sus funciones, sino también para describir lasfunciones analógicas de los sistemas, como por ejemplo:control compartido , control distribuido y control basado encomputadora.
Extensión de identificación funcional y delazo
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 91/718
94#
La norma proporciona la identificación y simbolización de lasfunciones clave de un instrumento, es decir, son funciones
generalizadas, así que cuando se requieren detallesadicionales del instrumento, es conveniente recurrir a la hojade especificación del instrumento o algún otro documentopara cubrir la especificación detallada.
La norma cubre la identificación de un instrumento y todoslas funciones de control asociadas con un lazo de control.
3. Definiciones
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 92/718
95#
Para propósitos de conocimiento de la norma, esconveniente analizar algunas definiciones:
Alarma. Un dispositivo o función que señala la existencia deuna condición anormal por medio de un cambio discretovisible o audible, o ambos, con el fin de llamar la atención.Automatización. Es el acto o método de hacer que unproceso funcione sin la necesidad de la intervención de unoperador.Banda Muerta. Rango a través del cual puede variar la señal
de entrada, hacia un dispositivo, sin éste inicie unarespuesta. Generalmente se expresa como un porcentaje delrango de operación.Binario. Término aplicado a una señal que sólo tiene dos
estados o posiciones discretas (on-off, alto-bajo, etc).
Definiciones
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 93/718
96#
Círculo. Símbolo utilizado para denotar e identificar elpropósito o función de un instrumento y puede contener unnúmero de identificación (ballon, bubble)Configurable. Término aplicado a un dispositivo o sistemaen el que sus características pueden ser seleccionadas orearregladas a través de programación o algún otro método.
Controlador. Un dispositivo que tiene una salida que varíapara regular una variable controlada de una maneraespecífica y puede ser un dispositivo analógico o digital. Uncontrolador automático varía su salida automáticamente, en
respuesta a una entrada directa o indirecta de una variablede proceso medida.
Definiciones
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 94/718
97#
Controlador compartido. Un controlador que contienealgoritmos preprogramados que son usualmente accesibles,configurables y asignables y permite un número de variablesde proceso a ser controladas por un solo dispositivo.Controlador Lógico Programable (PLC). Un controlador,usualmente con entradas y salidas múltiples, que contiene un
programa que se puede alterar.Convertidor. Un dispositivo que recibe información enalguna forma de señal y transmite una señal de salida enalguna otra forma. El convertidor también se le llama
transductor, aunque el término transductor no se recomiendautilizarse para conversión de señales.Corrimiento. Cualquier cambio paralelo de la curva de
entrada -salida.
Definiciones
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 95/718
98#
Digital. Término aplicado a una señal o dispositivo que utilizadígitos binarios para representar valores continuos o estadosdiscretos.Dispositivo de cómputo. Un dispositivo o función queejecuta uno o más cálculos u operaciones lógicas, o ambas,y transmite uno o mas señales de salida resultantes. Es
también llamado relevador de cómputo.Elemento Final de Control. Dispositivo que cambia el valor de la variable manipulada directamente de un lazo de control.Elemento Primario. Parte de un instrumento o un lazo, que
detecta el valor de una variable de proceso, o que asume unestado o salida predeterminada. El elemento primario puedeestar separado o integrado con otro elemento funcional de uncircuito, también se le conoce como detector o sensor.
Definiciones
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 96/718
99#
Estación de Control. Estación manual de carga que tambiénproporciona la transferencia entre los modos de controlautomático y manual de un circuito de control. Se conoce
también como estación automático y manual.Estación Manual de Carga. Dispositivo que cuenta con unasalida ajustable manualmente que se usa para actuar uno o
más dispositivos remotos, pero que no puede ser usada paratransferir entre los modos de control automático y manual deun circuito de control.Error. Es la diferencia algebraica entre la indicación actual y
el valor verdadero de una magnitud medida. A menudoexpresado como un porcentaje del SPAN O del valor aescala total. Los valores positivos del error denotan laindicación del instrumento es más grande que el valor real.
Definiciones
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 97/718
100#
Exactitud. Límites dentro de los cuales puede variar el valor establecido de una propiedad del proceso con respecto a su
valor. Esta se expresa generalmente en un porcentaje de laescala total.Frecuencia Natural. Frecuencia a la cual el sensor, bajocondiciones de carga resonará con algunas fuentes de
frecuencia externa.Función. Propósito de o acción realizada por un dispositivo.Histéresis. La diferencia en la señal de medición para un
valor dado de una variable de proceso cuando se alcanzaprimero desde una carga cero y después desde la escalatotal.
Definiciones
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 98/718
101#
Identificación. Secuencia de letras y/o dígitos usados paradesignar un instrumento individual o un circuito.
Instrumento. Dispositivo utilizado para medir y/o controlar una variable directa o indirectamente. El término incluyeelementos primarios, finales, dispositivos de cómputo ydispositivos eléctricos como alarmas, interruptores y botones
de paro.Instrumentación. Es la rama de la ingeniería involucradacon la aplicación de los instrumentos a un proceso industrial
para medir o controlar alguna variable y es referida a todoslos instrumentos para cumplir este propósito.
Definiciones
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 99/718
102#
Interruptor. Dispositivo que conecta, desconecta o transfiereuno o más circuitos, y que no es designado comocontrolador, un revelador o una válvula de control. EIinterruptor es un dispositivo que (I mide (I la variable y opera(abre o cierra) cuando ésta alcanza un valor predeterminado.Lazo. Combinación de dos o mas instrumentos o funciones
de control arregladas para el propósito de medir y/o controlar una variable de procesoLinealidad. Se define como la desviación máxima a partir deuna línea recta que une el valor de la señal de medición a
carga cero con la señal de medición a una carga dada.Local. Localización de un instrumento que no esta en eltablero ni atrás del tablero. Los instrumentos locales estáncomúnmente en la vecindad de un elemento final de control.
Definiciones
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 100/718
103#
Longitud de Inmersión. Longitud desde el extremo libre delpozo o bulbo al punto de inmersión en el medio al cual se
está midiendo la temperatura.Luz Piloto. Luz que indica un número de control normales deun sistema o dispositivo. También se le conoce como luzmonitora.
Medición. Determinación de la existencia o magnitud de unavariable. Los instrumentos de medición incluyen todos losdispositivos usados directa o indirectamente para este
propósito.Modos de Control. Método con el cual un controlador contrarresta la desviación de una señal de su punto deajuste.
Definiciones
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 101/718
104#
Montado en Tablero. Término aplicado a un instrumentoque esta montado en el panel frontal del tablero y que es
accesible al operador para su uso normal.Parte posterior del tablero. Término aplicado al área que seencuentra atrás del tablero y que contiene los instrumentosque no es necesario que se encuentren accesibles al
operador para su uso normal.Proceso. Cualquier operación o secuencia de operacionesque involucre un cambio de estado, de energía, decomposición, de dimensión de otra propiedad que puededefinirse con respecto a un dato.Programa. Secuencia repetida de acciones que definen elestado de las salidas en relación a un conjunto de entradas.
Definiciones
Punto de Ajuste (Set Point SP) magnitud predeterminada
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 102/718
105#
Punto de Ajuste. (Set -Point, SP) magnitud predeterminadade una variable de proceso que el controlador trata demantener.
Punto de Prueba. Conexión de proceso en la cual no hayinstrumento conectado permanentemente, pero la cual estácolocada para usarse temporal o permanentemente para laconexión futura de un instrumento.Rango. Región entre cuyos límites una cantidad se mide,recibe o transmite.Rango de Operación. (SPAN) Diferencia algebraica entre
los valores de más bajo y más alto rango.Rango Compensado de Temperatura. Rango detemperaturas sobre el cual el sensor se compensa paramantener el rango de operación y el balance del cero dentro
de los límites es ecificados.
Definiciones
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 103/718
106#
Rangeabilidad. La relación entre los valores de más alto ymás bajo rango.
Relevador. Dispositivo que recibe información en la forma deuna o más señales de instrumento, modifica la información osu forma o ambas si se requiere, envía una o más señalesresultantes y no es designado como controlador, interruptor o
algún otro, el término relevador se aplica especialmentetambién a un interruptor eléctrico que es actuadoremotamente por una señal eléctrica.
Reluctancia. Oposición que presenta una sustanciamagnética al flujo magnético. Se expresa como la relación dela diferencia de potencial magnético, al flujo correspondiente.
Definiciones
R tibilid d L id d d i t t d
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 104/718
107#
Repetibilidad. La capacidad de un instrumento de generar una señal de medición cuya magnitud permanecerá dentrode los límites establecidos de repetibilidad bajo idénticascondiciones de proceso sucediendo en tiempos diferentes.Resolución. El cambio más pequeño en la variable deproceso que produce un cambio detectable en la señal de
medición expresado en porcentaje de la escala total.Respuesta. Comportamiento de la salida de un dispositivocomo función de la entrada, ambos con respecto al tiempo.Reproducibilidad. La exactitud con que un a medición y otra
condición puede ser duplicada a través de un periodo detiempo.Ruido. Perturbaciones externas o cualquier otra señal queno aporta información.
Definiciones
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 105/718
108#
Sistema de control distribuido. Un sistema integradofuncionalmente que consiste de subsistemas separados
físicamente y localizados remotamente uno de otro.Sensitividad. (Sensibilidad) La razón de cambio en la salidacausada por un cambio en la entrada, después que se haalcanzado el estado estacionario. Se expresa como la
relación numérica en unidades de medición de las doscantidades establecidas.Señal. Información que en forma neumática, eléctrica, digitalo mecánica, se transmite de un componente de un circuito deinstrumentación a otro.Tablero. Una estructura que contiene un grupo deinstrumentos montados en él y al cual se le da una
designación individual. Pueden consistir de una o más
Definiciones
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 106/718
109#
casillas, secciones escritorios o paneles. Es el punto deinterfase entre el proceso y el operador.
Telemetría. La práctica de transmitir y recibir la medición deuna variable para lectura u otros. El término se aplicacomúnmente a sistemas de señal.Termistor. Resistor eléctrico cuya resistencia varia con la
temperatura.Tiempo de Respuesta. Intervalo de tiempo requerido paraque la señal de "-~ medición de un detector alcance unporcentaje especifico de su valor final como
resultado de un cambio de escalón en la variable de proceso.Tiempo Muerto. Intervalo de tiempo entre la iniciación de uncambio en la entrada y el comienzo de la respuesta
resultante.
Definiciones
Transmisor Dispositivo que detecta el valor de una variable
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 107/718
110#
Transmisor. Dispositivo que detecta el valor de una variablede proceso por medio de un elemento primario (o sensor) yque tiene una salida cuyo valor de estado estacionario variasólo como una función predeterminada de la variable deproceso. Elemento primario puede o no ser integral altransmisor.
Válvula de Control. Elemento final de control, a través delcual, un fluido pasa, que ajusta la magnitud del flujo de dichomediante cambios en el tamaño de su abertura y de acuerdocon la señal que recibe del controlador, y así lograr la acción
correctiva necesaria.Variable. Cualquier fenómeno que no es de estadonecesario sino que involucra condiciones continuamentecambiantes.
Reglas para la identificación deinstrumentos
) C d i t t f ió id tifi d l
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 108/718
111#
a) Cada instrumento o función a ser identificado se ledesigna un código alfanumérico o número de identificación:
TIC-103
b) El número del instrumento puede incluir información delcódigo de área o series específicas. Normalmente la serie900 a 99 puede ser utilizada para instrumentos relacionadoscon seguridad.
c) Cada instrumento puede representarse en un diagramapor un símbolo que puede acompañarse con una
identificación.
IDENTIFICACIÓNFUNCIONAL
NÚMERO DELINSTRUMENTO
Reglas para la identificación deinstrumentos
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 109/718
112#
d) La identificación funcional del instrumento consiste deletras de acuerdo a la tabla, en donde la primer letra designa
la variable inicial o medida y una o mas letras subsecuentesidentifican la función del instrumento.
TIC
VARIABLE MEDIDA(Temperatura)
FUNCIÓN(Indicador Controlador)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 110/718
113#
Identificación de
instrumentos
Combinaciones en la identificación
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 111/718
114#
Reglas para la identificación deinstrumentos
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 112/718
115#
e) La identificación funcional del instrumento se realiza deacuerdo a la función y no a la construcción (por ejemplo, un
transmisor de nivel LT en lugar de un transmisor de presióndiferencial PDT).
f) El número de letras utilizado debe ser el mínimo para
describir al instrumento.
g) Un instrumento multifuncional puede ser simbolizado por
más de un instrumento.
Notas para la identificación deinstrumentos
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 113/718
116#
1. Para cubrir las designaciones no normalizadas quepueden emplearse repetidamente en un proyecto se han
previsto letras libres. Estas letras pueden tener unsignificado como primera letra y otro como letra sucesiva.Por ejemplo, la letra N puede representar como primeraletra el modelo de elasticidad y como sucesiva un
osciloscopio.
2.La letra sin clasificar X, puede emplearse en las
designaciones no indicadas que se utilizan solo una vez oun numero limitado de veces. Se recomienda que susignificado figura en el exterior del circulo de identificacióndel instrumento. Ejemplo XR-3 Registrador de Vibración.
Notas para la identificación deinstrumentos
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 114/718
117#
3. Cualquier letra primera se utiliza con las letras demodificación D (diferencial), F (relación) o Q
(interpretación) o cualquier combinación de las mismascambia su significado para representar una nueva variablemedida. Por ejemplo, los instrumentos TDI y TI miden dosvariables distintas, la temperatura diferencial y la
temperatura, respectivamente.
4.La letra A para análisis, abarca todos los análisis no
indicados en la tabla anterior que no están cubiertos por una letra libre. Es conveniente definir el tipo de análisis allado del símbolo en el diagrama de proceso.
Notas para la identificación deinstrumentos
5.El empleo de la letra U como multivariable en lugar de
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 115/718
118#
una combinación de primera letra, es opcional.
6.El empleo de los términos de modificaciones alto, medio,bajo, medio o intermedio y exploración, es opcional.
7.El termino seguridad, debe aplicarse solo a elementosprimarios y a elementos finales de control que protejancontra condiciones de emergencia (peligrosas para elequipo o el personal). La designación PSV se aplica a
todas las válvulas proyectadas para proteger contracondiciones de emergencia de presión sin tener en cuentalas características de la válvula y la forma de trabajo lacolocan en la categoría de válvula de seguridad, válvula de
alivio o válvula de se uridad de alivio.
Notas para la identificación deinstrumentos
8 La letra de función pasiva vidrio se aplica a los
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 116/718
119#
8.La letra de función pasiva vidrio, se aplica a losinstrumentos que proporciona una visión directa no
calibrada del proceso.9.La letra indicación se refiere a la lectura de una medidareal de proceso, No se aplica a la escala de ajuste manual
de la variable si no hay indicación de ésta.
10.Una luz piloto que es parte de un bucle de control debedesignarse por una primera letra seguida de la letra
sucesiva I.11.El empleo de la letra U como multifunción en lugar deuna combinación de otras letras es opcional.
Notas para la identificación deinstrumentos
12 S l f i i d l d l
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 117/718
120#
12.Se supone que las funciones asociadas con el uso de laletra sucesiva Y se definirán en el exterior del símbolo del
instrumento cuando sea conveniente hacerlo así.
13.Los términos alto, bajo y medio o intermedio debencorresponder a valores de la variable medida, no a los de
la señal a menos que se indique de otro modo. Por ejemplo, una alarma de nivel alto derivada de una señal deun transmisor de nivel de acción inversa debe designarse
LAH incluso aunque la alarma sea actuada cuando la señalcae a un valor bajo.
Notas para la identificación deinstrumentos
14 L té i lt b j d li ál l
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 118/718
121#
14.Los términos alto y bajo, cuando se aplican a válvulas,o a otros dispositivos de cierre apertura, se definen como
sigue:
Alto: indica que la válvula esta, o se aproxima a la posiciónde apertura completa.
Bajo: Denota que se acerca o esta en la posicióncompletamente cerrada.
Ejercicio 1
Efectuar la identificación funcional de los siguientes
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 119/718
122#
Efectuar la identificación funcional de los siguientesinstrumentos:
a) LICb) PYc) FV
d) FQIe) WTf) TE
g) AICh) SRi) TAHH
j) LSL
Ejercicio 2
Indicar los códigos alfanuméricos de los siguientes
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 120/718
123#
Indicar los códigos alfanuméricos de los siguientesinstrumentos:
a) Registrador de temperaturab) Convertidor electroneumático de presiónc) Interruptor por bajo nivel de flujo
d) Totalizador de flujoe) Indicador de velocidadf) Termopozo de temperatura
g) Controlador de presiónh) Válvula de control de análisisi) Alarma por muy alta presión
j) Relevador de presión
Tips para numeración de instrumentos
• Utilizar un número básico si el proyecto es pequeño y no hay números
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 121/718
124#
de área, unidad o planta:
– Número básico FT-2 o FT-02 o FT-002
• Si el proyecto tiene pocas áreas, unidades o plantas (9 o menos),utilizar el primer dígito del número de la planta como el tag:
– FT-102 (1 = número de área, unidad, o planta)
• Si el proyecto es divido en áreas, unidades o plantas:
– FT-102 – FT-1102
– FT-111002
• Algunos proyectos utilizan una secuencia numérica para cada variable deproceso:
Tips para numeración de instrumentos
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 122/718
125#
– FIC-001, FIC-002, FIC-003, etc. – LIC-001, LIC-002, LIC-003, etc.
– PIC-001, PIC-002, etc.
• Algunos proyectos predeterminan bloques de números: – Para indicadores, PI-100 a 300 o TI-301 a 400 – Para dispositivos de seguridad, PSV-900 a 999
• Algunos proyectos utilizan una secuencia numérica recta:
– FT-1, FIC-1, FV-1
Tips para numeración de instrumentos
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 123/718
126#
– LT-2, LIC-2, LV-2
– FT-3, FR-3
• La mayoría de los proyectos utilizan los sufijos A y B si dos instrumentos en elmismo lazo tienen identificaciones idénticas:
– PV-006A, PV-006B
Símbolos generales de instrumentos
LOCALIZACIÓNPRIMARIA
*** NORMALMENTEMONTADOEN CAMPO
LOCALIZACIÓNAUXILIAR
*** NORMALMENTE
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 124/718
127#
ACCESIBLE ALOPERADOR
ACCESIBLE ALOPERADOR
INSTRUMENTOSDISCRETOS
MONITOREO COMPARTIDO
CONTROL COMPARTIDO
FUNCIÓNDE COMPUTO
CONTROL LÓGICOPROGRAMABLE
1 2 3
4 5 6
7 8 9
10 11 12
Símbolos de instrumentos
SUMINISTROSLI
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 125/718
128#
LOCALIZACIÓNPP En línea de proceso
LO En campo, localPNB En tablero principal de controlBPNB Parte posterior del tableroPNBL En tablero de control local
SA Suministro de aireSE Suministro eléctricoSG Suministro de gasSH Suministro hidráulicoSN Suministro de nitrógeno
SS Suministro de vapor SW Suministro de agua
LI
2702
SA
Bloques de funciones de instrumentos
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 126/718
129#
Simbología de líneas en los diagramas
(1) SUMINISTRO A PROCESO *O CONEXIÓN A PROCESO
(2) SEÑAL NO DEFINIDA
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 127/718
130#
(3) SEÑAL NEUMÁTICA **
(4) SEÑAL ELÉCTRICA
(5) SEÑAL HIDRAÚLICA
(6) TUBO CAPILAR
(7) SEÑAL SÓNICA O ELECTROMAGNÉTICA
(GUÍADA)***
(8) SEÑAL SÓNICA O ELECTROMAGNÉTICA(NO GUÍADA)***
(9) LÍNEA DE SISTEMA INTERNO (LÍNEA DEDATOS O DE SOFTWARE)
(10) LINEA MECÁNICA
(11) SEÑAL NEUMÁTICA BINARIA
(12) SEÑAL BINARIA ELÉCTRICA
SÍMBOLOS BINARIOS OPCIONALES
Simbología de válvulas
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 128/718
131#
Acción del actuador a falla de energía
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 129/718
132#
ABRE A FALLA CIERRA A FALLACIERRA A FALLA
A VÍA A-C
ABRE A FALLAVÍAS A-C Y D-B
SE BLOQUEA A FALLA(LA POSICIÓN NO CAMBIA)
POSICIÓN INDETERMINADAA FALLA
Ejemplos de
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 130/718
133#
Ejemplos de
simbología deelementos
primarios deflujo
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 131/718
134#
Ejemplos derelevadoresde cómputo
Diagrama esquemático
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 132/718
135#
Diagrama esquemático
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 133/718
136#
Diagramas de lazo y el índice de instrumentos
Aunque los DTI’s son muy importantes, no contienen todala información necesaria Los documentos básicos que
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 134/718
137#
la información necesaria. Los documentos básicos quecomplementan la información del DTI son:
- Diagramas funcionales de instrumentación o diagramasde lazo.
- Indice de instrumentos.
Diagrama funcional de instrumentación o delazo
Es un diagrama que muestra todos los dispositivos en unlazo específico utilizando la simbología que identifica las
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 135/718
138#
interconexiones, e incluye número e identificación de
conexiones, tipo de cables y tamaños, tipos de señal, etc.La mayoría de la gente considera que el diagrama funcionalde instrumentación es el documento más importante para
un instrumentista.Siempre que se requiera la localización de fallas, eldiagrama funcional de instrumentación es un documento
muy valioso, ya que contiene suficiente información paracombrobar o verificar averías en ese lazo, ya que no sólocontiene el diagrama de cableado, sino que muestra todoslos dispositivos conectados a ese lazo.
• Usos – Diseño
– Construcción
• Tipos – Neumático
– Electrónico
Diagrama funcional de instrumentación o delazo
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 136/718
139#
Construcción
– Puesta en marcha
– Operación – Mantenimiento
– Modificaciones
Electrónico
– Despelgados compartidos
Ejemplos de diagramas funcionales deinstrumentación
CTB 1CableCable 3B
JB30
JB40
Área de proceso en campo Área de cableado Gabinete Consola
Cable -4A
Setpoint
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 137/718
140#
FIC
301J100
J 1 1 0
A8
A9
51
XJA
11
12
13
1
2
3
+
-
FE
301
FT
301
A8
A9UJA
14
15
6
7
+
-
FV301 FY
301
O S
AS 20 PSIG
CTB 2
Cable50-1-1
Cable
50-1-2
Cable-3B
PR-14
PR-15
PR-1
PR-2
Shield BendBack & Tape
Shield BendBack & Tape
30 40
Indice de instrumentos
El índice de Instrumentos es una lista alfanumérica detodos los instrumentos que se muestran en el DTI,
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 138/718
141#
todos los instrumentos que se muestran en el DTI,proporcionando los datos para la instalación, la puesta enmarcha, el mantenimiento y las modificaciones.
Los datos incluidos en el índice de instrumentos varía ydepende de la complejidad de la instrumentación de las
plantas.
Básicamente el índice de instrumentos debe incluir el tag,la descripción, la localización física, la referencia cruzada
con otros documentos asociados o dibujos. El índice deinstrumentos es una herramienta muy útil para proyectosfuturos si es actualizada.
Indice de instrumentos típico
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 139/718
142#
Indice de instrumentos típico
Tag # Desc. DTI # UltimaCalib.
Calib.por
Fecha Cal.esperada
Rangode Calib.
Peligros
LI-50 VS. 50 H2s 103 Aug 01 AWS Aug 02 0-75 H2S
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 140/718
143#
g g“H2O
LAL-50 VS. 50 H2S – Alarmaen nivel bajo 103 Aug 01 AWS Aug 02 10”H2O H2S
LSLL-50
VS. 50 H2S – Switchen nivel bajo
103 Aug 01 AWS Aug 02 5”H2O H2S
LT-100 VS. 100 - K.O. Drum 103 May 02 DAL Nov 02 0-125“H2O
LI-100 VS. 100 - K.O. Drum 103 May 02 DAL Nov 02 0-100% --
LT-201 VS. 201 – Columna dedestilación
205 Nov 02 BJP Feb 03 0-164“H2O
N2 Blanket
LIC-201 VS. 201 – Columna dedestilación
205 Nov 02 BJP Feb 03 0-100%
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 141/718
El Lazo de control
PERTURBACIONES
d(t)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 142/718
145#
ELEMENTOFINAL DECONTROL
PROCESOELEMENTOPRIMARIO
DE MEDICION
CONVERTIDOR OTRANSDUCTOR TRANSMISOR
PUNTO DE AJUSTE
VARIABLE
CONTROLADA
VARIABLE
MANIPULADA
CONTROLADOR
m(t)
c(t)
e(t)=R(t)-c(t)
R(t)
Elemento primario de medición
El elemento primario de medición, detector o sensor es uninstrumento, que puede formar parte de un lazo de control,
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 143/718
146#
que primero detecta o sensa el valor de la variable de
proceso y que asume un estado o salida legible,correspondiente y predeterminado.
Contempla generalmente dos partes: un sensor o elementoprimario de medición que mide la variable controlada c(t), ala que se llamará más adelante como variable de procesoPV, y la transforma a un tipo diferente de energía.
Elemento primario de medición
Las señales eléctricas estándar manejadas son: 4-20mA.C.D., 0-5 V.C.D. y 0-10 V.C.D. Así por ejemplo, si sedesea medir una temperatura de 0-700oC la señal de 4
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 144/718
147#
desea medir una temperatura de 0-700 C, la señal de 4
mA. corresponderá a 0o
C. y la señal de 20 mA.corresponderá a 700oC.
La razón básica de la señal estándar es utilizar
solamente un solo tipo de controlador universal que seaplique a cualquier variable de proceso (temperatura,flujo, nivel, presión, peso, densidad, conductividad, etc.).
En algunos casos, el elemento primario de medición y eltransmisor vienen en un solo instrumento, como es elcaso de los transmisores de presión.
El Controlador
Su función es fijar la variable controlada c(t) en un valor
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 145/718
148#
deseado R(t), conocido como punto de ajuste o “set
point”, mediante la manipulación de su salida o variablemanipulada m(t) a través de un actuador que interactúadirectamente en el proceso. Este controlador en su
entrada y salida maneja también señales eléctricasestándar e incluyen internamente el comparador ogenerador de la señal de error.
El Elemento Final de Control
Convierte la señal estándar recibida por el controlador enuna señal adecuada para interactuar con el proceso y así
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 146/718
149#
una señal adecuada para interactuar con el proceso y así
modificar o mantener el valor de la variable controlada.Normalmente contempla dos partes: un transductor y unelemento final de control. Por ejemplo, si el elemento finalutilizado es una válvula de control, se requiere untransductor que convierta la señal eléctrica de 4-20mA.C.D. en una señal de aire con una presión de 3-15PSIG (lb/pulg2).
Medición de temperatura
" La Temperatura es una manifestación del promedio de
energía cinética, ondulatoria y de traslación de las
lé l d t i "
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 147/718
150#
moléculas de una sustancia".
Las unidades de temperatura son establecidas en cincoescalas arbitrarias: escala Farenheit °F, escala Centigrada°C, escala Kelvin K, escala Rankine °R y escala Reamur °R
La conversión más común es de °C a °F.
°C= (°F-32)/1.8°F=1.8 °C +32
Escalas de temperatura
Escala CeroAbsoluto
Fusión delHielo
Evaporación
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 148/718
151#
Kelvin 0°K 273.2°K 373.2°K
Rankine 0°R 491.7°R 671.7°R
Reamur -218.5°Re 0°Re 80.0°Re
Centígrada -273.2°C 0°C 100.0°C
Fahrenheit -459.7°F 32°F 212.0°F
Escalas de Temperatura: Más comunes
• Fahrenheit – El agua se congela a 32°F, y hierve a 212°F
– A nivel del mar
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 149/718
152#
• Celsius (centigrados antes de 1948) – El agua se congela a 0°C, hierve a 100°C – A nivel del mar
• °F= (°C x 1.8) + 32
• °C= 5/9 (°F -32)
Escalas de Temperature: Absolutas
• Escala-Kelvin Termodinamica – El movimiento molecular se detiene a 0K
– El agua se congela a 273.15K, hierve a 373.15K
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 150/718
153#
– K=°C + 273.15 – Las unidades grados tienen el mismo tamaño que la escala enCelsius
– Escala de temperatura Internacional de 1990
• Rankine: – El paralela a la escala termodinámica pero en unidades grados
tiene el mismo tamaño que en la escala Fahrenheit
– °R=°F + 459.64
Uso de la medición de temperatura
La detección, medición y control de temperatura en procesosindustriales es deseada en los siguientes casos:
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 151/718
154#
-En operaciones que involucran transferenciade calor, como los intercambiadores de calor,hornos, rehervidores, evaporadores ocalderas.
- Control de reacciones químicas sensibles ala temperatura.
- Operación de equipos, como torres dedestilación, tanques de almacenamiento,torres de enfriamiento, mezcladores,cristalizadores, etc.
Uso de la medición de temperatura
- Monitoreo del funcionamiento de equipo rotatorio, paraprevenir calentamiento, como turbinas, compresores,b b t l
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 152/718
155#
bombas y motores en general.
- Control de temperatura de productos y límites de planta.
Medición inferencial de temperatura
Los instrumentos de temperatura utilizan diversos fenómenosque son influidos por la temperatura:
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 153/718
156#
a) Variaciones en volumen o en estado de los cuerpos(Termómetros de vidrio y bimetálicos, sistemas termales);
b) Variación de resistencia de un conductor (Bulbos deresistencia RTD, termistores);
c) Generación de una f.e.m. creada en la unión de dosmetales distintos (termopares);
d) Intensidad de la radiación total emitida por el cuerpo
(pirómetros de radiación);e) Otros fenómenos utilizados en laboratorio (velocidad delsonido en un gas, frecuencia de resonancia de un cristal,etc.)
Termómetros
TERMÓMETROS
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 154/718
157#
DE VIDRIO BIMÉTALICOS
CLÍNICOS INDUSTRIALES
Termómetros de vidrio
El termómetro de líquido encerrado son los más familiares yconstan de un depósito de vidrio que contiene, por ejemplo,mercurio y que al calentarse se expande y aumenta su volumen
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 155/718
158#
en el tubo capilar.Su bulbo, relativamente grande en la parte más baja deltermómetro, contiene la mayor cantidad del líquido, el cual se
expande cuando se calienta y sube por el tubo capilar en elcual se encuentra grabada una escala apropiada con marcas.Los líquidos más usados son alcohol y mercurio.
El mercurio no puede usarse debajo de su punto decongelación de -38.78°F (-37.8°C) y por arriba de su punto deebullición a 357 oC, con la ventaja de ser portátil.
Termómetros de vidrio
El alcohol tiene un coeficiente de expansión más alto que el delmercurio pero esta limitado a mediciones de baja temperatura,hasta -110 oC, debido a que tiende a hervir a temperaturas
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 156/718
159#
Mercurio...........................................................-35 hasta +280 ºC
Mercurio (tubo capilar lleno de gas).................-35 hasta+450 ºCPentano...........................................................-200 hasta +20 ºCAlcohol............................................................-110 hasta +50ºCTolueno.......................................................... -70 hasta +100ºC
altas, su punto de ebullición es a 78o
C.
Termómetro bimetálico
Los termómetros bimetálicos se basan en el coeficiente dedilatación de dos metales diferentes, tales como latón, monel oacero y una aleación de ferroníquel o Invar laminados
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 157/718
160#
y q
conjuntamente. La diferencia en la relación de coeficiente deexpansión de cada metal provoca que el elemento bimetálico se doble.Las láminas bimetálicas van unidas y pueden ser rectas ocurvas, formando espirales o hélices.
Termómetro bimetálico
Cuando se unen los dos metales y enredados en espiral, la expansiónprovoca que el lado libre rote. Este es un instrumento relativamentebarato, pero es inexacto y lento en relación a su respuesta.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 158/718
161#
Fixed End
Free End Attachedto Pointer Shaft
Rotating Shaft
Bulb
5 6 78
9
10
432
1
0
Bulbo
Extremo fijo
Extremo libreconectado aleje del indicador
Eje giratorio
FREE END
FIXED END
HIGHEXPANSIONCOEFFICIENT
LOWEXPANSIONCOEFFICIENT
FREE END
FIXED END
EXTREMO LIBRE
EXTREMO FIJOEXTREMO FIJO
EXTREMO LIBRE
ALTOCOEFICIENTEDE EXPANSIÓN
BAJOCOEFICIENTEDE EXPANSIÓN
Termómetro bimetálico
Este instrumento contiene pocas partes móviles, sólo la agujaindicadora sujeta al extremo libre de la espiral o de la hélice y elpropio elemento bimetálico. El eje y el elemento están sostenidos con
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 159/718
162#
cojinetes y el conjunto está construido con precisión para evitar rozamientos. La precisión del instrumento es de 1% y su campo demedida (rango) es de –200 a +500 ºC.Este instrumento es el indicador local de temperatura mascomúnmente utilizado.
Sistemas Termales
Este es uno de los métodos más antiguos utilizados paraindicación local, registro y control y actualmente su uso se limitaa transmisores, sobretodo en lazos neumáticos. Básicamente
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 160/718
163#
es un medidor de presión que consiste de:
- Un bulbo sensitivo, inmerso en el medio a medir.
- Un tubo capilar conectado del bulbo al dispositivo de lecturapara que cuando la temperatura del bulbo cambia, el gas o ellíquido en el bulbo se expanden y la espiral tiende adesenrollarse moviendo,
- Un dispositivo indicador actuado por presión para efectuar laindicación de temperatura.
Mecanismo del sistema termal
bulbo
Dispositivoindicador
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 161/718
164#
capilar
Compensación del sistema termal
Uno de los problemas básicos de este sistema es el error inducido por las variaciones en la temperatura ambiente,por lo que requiere una compensación
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 162/718
165#
por lo que requiere una compensación.
La compensación puede ser de dos tipos: En caja por medio de un elemento bimetálico que tiende a anular los
efectos de la temperatura ambiente sobre el receptor; yTotal por medio de otro capilar paralelo que este sometidoa los mismos efectos y los contrarresta, sobretodo cuandola extensión del capilar es considerable
Compensación del sistema
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 163/718
166#
Clasificación del sistema termal
De acuerdo a la Asociación de Fabricantes de AparatosEléctricos (SAMA) existen cuatro grupos de acuerdo alfluido de llenado y al rango:
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 164/718
167#
- Clase I Llenado con líquidos (cambios de volumen)- Clase II Llenado con vapor (cambios de presión)
- Clase III Llenado con gas (cambios de presión)- Clase V Llenado con mercurio (cambios de volumen)
El rango de medición de estos instrumentos varía entre –
40 hasta +500 ºC, dependiendo del tipo de líquido, vapor o gas que se emplee.
Comparación de lossistemas termales
LINEALEXCEPTO A
LINEALEXCEPTO A
BAJA T
LINEALIDAD DELA ESCALA
DEBE SERCOMPENSADO
EFECTO DE LACOLUMNA
HIDROSTATICA
150%
150%
CAPACIDADDE
SOBRERANGO
CAPILARESGRANDES
COSTO MENOR
VENTAJAS
6 A 7 s
6 A 7 s
VELOCIDADRESPUESTA SIN
TERMOPOZO
TOTAL
NOCOMPEN
SADO
COMPENSACION
-90 A 370
-90 A 370
TEMPERATURA
oC
ESCALALINEAL
CAPILARCORTO,
LIQUIDO1A
LIMITACIONESFLUIDO DELLENADO
CLASIFICACION
SAMA
Características
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 165/718
168#
NO USO ENCONTROL
PARA CONTROL-270 A 160TOTALGASIIIB
NO USO ENCONTROL
SIN COMPLINEAL-270 A 160TOTALGASIIIA
MANEJO DEHG
150 %-40 A 640TOTALMERCURIOVA
MANEJO DEHG
-40 A 640EN CAJAMERCURIOVB
NO LINEAL
NO LINEAL
NO LINEAL
BAJA T
NINGUNO
NECESARIOCOMPENSAR
NECESARIOCOMPENSARLO
NO
150%
NO COMP. PORT AMB.
NO COMP. PORT AMB.
CAPILARESGRANDES
GRANDES
4 A 5 s
4 A 5 s
4 A 5 s
6 A 7 s
NO
EN CAJA
EN CAJA
EN CAJA
0 A 185
0 A 350
0 A 350
-90 A 370
NO TIENESOBRECARGA
VAPORIIC
VAPORIIB
VAPORIIA
DIFICIL EN TAMBIENTE
LIQUIDO1B
LINEAL
Características de los sistemas termales
Requiere señal de transmisión, si esta localizado a mas de 50 m delsistema
Principio de operación simple
El costo de reemplazo es mas alto que en la mayoría de los sistemaseléctricos
Construcción robusta
LIMITACIONESVENTAJAS
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 166/718
169#
Voluminoso, tiempo de respuesta lento, capilar sensible (requiereprotección)
El tamaño del sensor es mayor que los sensores eléctricos.Varios sistemas se pueden instalar en una sola caja
La sensitividad y exactitud son comparativamente mas bajos que lamayoría de los sensores eléctricos.
Amplia variedad de gráficas de registro disponible
La falla del bulbo o del capilar implica el reemplazo total del sistema.El sistema es autocontenido y no necesitaalimentación de energía para su
funcionamiento
No adecuados para temperaturas arriba de 750 oCCosto inicial relativamente bajo
El termopar es uno de los métodos más simples para medir temperatura. En 1821 Seebeck señaló que si se unían dos metalesdistintos por sus extremos y si se someten a temperaturas diferentes,entre las uniones aparecen fuerzas electromotrices generadas que
Termopar
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 167/718
170#
están en función de la diferencia de temperaturas en la unión y del tipode metal utilizado para fabricar la unión. La ecuación que se cumple es:
FEM (mV) = a + bT + cT2
En su forma más simple, un termopar consiste de dos alambres, cadauno hecho de un metal homogéneo diferente o aleación. Los alambresson unidos en un extremo para formar una junta de medición. Esta
junta de medición es expuesta al medio a ser medido. El otro extremode los alambres van usualmente a un instrumento de medición, dondeforman una junta de referencia. Cuando las dos juntas están adiferentes temperaturas, se producirá una f.e.m. (fuerza electromotriz).
Termopar
Metal A (+)
Junta de Junta de
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 168/718
171#
Metal B (-)Zona de
Temperatura T1
Zona deTemperatura T2
T1 ≠T2
FEM = Emedición(juntacaliente)
referencia(junta fría)
La fem en la junta caliente es manifestación del EfectoPerlier, este efecto involucra la liberación o absorción decalor en la unión cuando fluye corriente a través de el y de la
Efectos en el termopar
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 169/718
172#
dirección del flujo depende si el efecto es de calentamiento oenfriamiento.
En el efecto Thompson se desarrolla una segunda fem,debido al gradiente de temperatura de un conductor sencilloy homogéneo.
1. En un circuito formado por un solo metal, la FEMgenerada es cero, cualquiera que sean las temperaturas.
Leyes de la Termoelectricidad
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 170/718
173#
2. Si se interrumpe un circuito termoeléctrico en una de susuniones intercalándose un nuevo metal, la FEM generadapor el circuito no cambia a condición de que los extremosdel nuevo metal sean mantenidos a la misma temperatura
que había en el punto de interrupción y de que latemperatura en la otra unión permanezca invariable.
3. En un circuito formado por dos metales diferentes la FEM
generada es diferente de cero, siempre y cuando lastemperaturas sean diferentes en la unión caliente conrespecto de la unión fría.
Compensación por junta fría
JUNTA DEMEDICIÓN
T1
ALAMBRESDE COBRE
ALAMBRE DE HIERRO
ALAMBRE DE CONSTANTANO
Para prevenir errores por efectos de la junta fría, seefectúa una compensación,por medio de un baño dehielo o por medio de circuitos
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 171/718
174#
Junta de medición y de referencia (industrial)
Junta de medición y de referencia (laboratorio)
T2 JUNTA DE REFERENCIA
AL INSTRUMENTODE MEDICIÓNBAÑO DE
HIELO
JUNTA DE
MEDICIÓN
INSTRUMENTOT1 TERMOPAR
+
-
JUNTA DEREFERENCIA
compensadores quesuministran una femconstante.
O id t
Inerte, ligeramente
oxidante
Atmosfera recomendada
1650 2315
0 a 1860
Rango °C
B
Buena debajo de 500
Linealidad
Alt t
W5Re Tungsteno 5% Rhenium (+)
W26R T t 26% Rh i
C
Alto costoPlatino 30%, Rodio (+)
Platino 6%, Rodio (-)
B
CaracterísticasMaterialesTipo de
Termopar
Materiales de construcción
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 172/718
175#
Oxidante o reductora
Oxidante
Oxidante
Oxidante
Reductora, no corrosivos
Oxidante
Oxidante
-190 a 400
-18 a 1760
-18 a 1700
-190 a 1370
-195 a 760
-195 a 900
1650 a 2315
Buena
Buena
Buena
El mas lineal
Buena, lineal de 150 a
450
Buena
Buena
Temperatura limitadaCobre (+)
Constantano (-)
T
Rango de temperatura
Platino 10% Rodio (+)
Platino (-)
S
Pequeño, respuesta
rapida
Platino 13% Rodio (+)
Platino (-)
R
Alta resistencia a la
corrosion
Cromo (+)
Alumel (-)
K
El mas economicoAcero (+)
Constantano (-)
J
Alta resolucion mV/ oCCromo (+)
Constantano (-)
E
Alto costoW26Re Tungsteno 26% Rhenium
Materiales de construcción
F . E . M . M I L I V O L T S
70
60
50
40
30
20
E
JK
R
S
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 173/718
176#
Tipos de termopares
Relación de temperatura vs F.E.M. del termopar
TEMPERATURA
F
2 4 6 8 10 12 14 16 18
10
0
SBT
TIPO DENOMINACIÓN SIMBOLO MATERIAL SIMBOLO MATERIAL
T COBRE-CONSTANTANO TP COBRE TN CONSTANTANO
J FIERRO-CONSTANTANO JP FIERRO JN CONSTANTANO
E CROMEL-CONSTANTANO EP CROMEL EN CONSTANTANO
K CROMEL-ALUMEL KP CROMEL KN ALUMEL
S PLATINO-Pt 10% RH SP PLATINO10% RH SN PLATINO
R PLATINO-Pt 13% RH RP PLATINO13% RH RN PLATINO
B Pt 30% RH-Pt 6% RH BP PLATINO 30% RH BN PLATINO 6% RH
POSITIVO NEGATIVO
Formas de conexión de termopares
+
-
+
-
-
TERMOPARES CAJA DECONEXIÓNES
INSTRUMENTO
CABLESDE COBRE
T1
T2
T = T1-T2
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 174/718
177#
Medición diferencial de temperatura con dos termopares
+
CONEXIONES
CABLES DEEXTENSIÓN
CABLESDE COBRET2
Termo ares en aralelo
+
-
+
-
TERMOPARES
CONEXIONES CAJA DECONEXIÓNES
CABLES DEEXTENSIÓN
INSTRUMENTO
T1
T2
T = (T1+T2)/2
+
-
Formas de conexión de termopares
+
-
+
-
HIERRO
CONSTANTANOJUNTA DE
REFERENCIAT3
CABLES DE EXTENSIÓN
INSTRUMENTO
T1
BLOQUE DECONEXIONES
T2
HIERRO
CONSTANTANO
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 175/718
178#
Conexiones correcta del termopar
Conexiones incorrecta del termopar
+
-
+
-
HIERRO
CONSTANTANOJUNTA DE
REFERENCIAT3
CABLES DE EXTENSIÓN
INSTRUMENTO
T1
BLOQUE DE
CONEXIONEST2
HIERRO
CONSTANTANO
Cables de extensión de termopares
Los cables de extensión deben ser específicos para el tipode termopar utilizado, aunque para una transmisión a grandistancia puede utilizarse cobre, cuidando la temperatura y
i ió h é d l d t
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 176/718
179#
composición homogénea del conductor.
Aspectos a cuidar en los termopares
1. Puntos de fusión.2. Reacciones en varias atmósferas.
3 S lid t lé t i bi d
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 177/718
180#
3. Salida termoeléctrica combinada.4. Conductancia eléctrica.5. Estabilidad.6. Repetibilidad.
7. Costo.8. Facilidad de manejo y fabricación.
Ventajas y desventajas en lostermopares
Ventajas:Determinación de la temperatura se realiza prácticamente
en un punto
La capacidad calorífica de un termopar puede ser muy
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 178/718
181#
La capacidad calorífica de un termopar puede ser muypequeña, con lo que la respuesta a las variaciones detemperatura sería muy rápida.
La salida del sensor es una señal eléctrica producida por el
mismo termopar y por tanto no es necesario alimentarlocon ninguna corriente exterior
Desventajas:Es necesario mantener la unión de referencia a una
temperatura constante y conocida pues la incertidumbreen la temperatura de referencia produce una del mismoorden en la medida.
Características de los termopares
Se deben evitar altos gradientes de temperaturaLa salida eléctrica es apropiada para accionar dispositivos de indicación y control
Sujetos a envejecimiento y contaminación de la junta calienteAmplia variedad de diseños comerciales disponibles
Relación de voltaje–temperatura no linealRelativamente baratos
LIMITACIONESVENTAJAS
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 179/718
182#
En sistemas de control digital requieren tarjetas especiales deentrada
No tiene partes móviles
Se deben escoger los materiales adecuados para resistir atmósferas oxidantes y reductoras
Tamaño pequeño y construcción robusta
Baja exactitud cuando se compara con los RTD´sBuena exactitud y velocidad de respuesta
Los voltajes en los conductores pueden afectar la calibraciónFácil calibración y reproducibilidad
Susceptibles a ia inducción de ruidosAmplio rango desde 0 absolutos hasta 2500 oC
Su lectura no es tan directa y se requiere procesamiento en suindicación
Largas distancias de transmisión son posibles
Termopozo
El termopozo se utiliza como elemento de protección deltermopar y generalmente viene asociado con este.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 180/718
183#
Termopozo tipo roscado
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 181/718
184#
Termopozo tipo bridado
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 182/718
185#
Termopozo tipo Van Stone
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 183/718
186#
Rangos de P y T de termopozos
P S I
5000
4000
3000
N I Q U E LM O N E L
ACERO INOX IDABLET IPOS 304, 316
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 184/718
187#
80 200 400 600 800 1000
TEMPERATURA,
o
F
P R E S I Ó N ,
2000
1000
0
HIERRO FUNDIDO
ALU M I N I O
C O B R E
B R O N C E
A C E R O D E B A J O C A R B O N
, 6
Tipos de termopares con su termopozo
Tipo GCabeza, nipple, tuerca unión
Tipo FCabeza, nipple, tuerca uniónnipple y termopozo roscado
Tipo BCabeza y tubo protector b j d t j
Tipo ACabeza y tubo protector
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 185/718
188#
Tipo ICabeza, conector tubular y tubo protector cerámico
Tipo HCabeza, conector doble roscay tubo protector cerámico
nipple y termopozo bridado
Tipo ECabeza, nipple de extensióny termopozo bridado
Tipo DCabeza, nipple de extensióny termopozo roscado
Tipo C
Cabeza y tubo protector con brida de montaje
con buje de montaje
Un diseño para cada aplicación
ESPECIFICAR:
- Calibración- Materiales
- Dimensiones- Otros accesorios
Instalación del termopozo
(A) NORMAL
(A) NORMAL
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 186/718
189#
(B) ANGLED
(C) IN ELBOW
(B) ANGULADO
(C) EN CODO
El RTD o bulbo de resistencia es un medidor de lavariación de la resistencia en función de la variación de latemperatura y solo se debe disponer de un alambre
bobinado de metal puro, que permita tener unaresistencia alta La ecuación que lo rige de acuerdo a
Detectores de Temperatura tipo resistencia(RTD)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 187/718
190#
bobinado de metal puro, que permita tener unaresistencia alta. La ecuación que lo rige, de acuerdo aSiemens en 1871, es:
donde R0 es la resistencia a la temperatura de referencia
en ohms (Ω), Rt es la resistencia a la temperatura en Ω, aes el coeficiente de temperatura del material y b, c soncoeficientes calculados.
R t = R 0 (1 + aT + bT2 + cT3)
El elemento consiste en un arrollamiento de hilo muy fino delconductor adecuado, bobinado entre capas de materialaislante y protegido con un revestimiento de vidrio o cerámica.
El material que forma el conductor se caracteriza por el
Detectores de Temperatura tipo resistencia(RTD)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 188/718
191#
El material que forma el conductor, se caracteriza por el"coeficiente de temperatura de resistencia" este se expresa enun cambio de resistencia en ohmios del conductor por grado
de temperatura a una temperatura específica. Para casi todoslos materiales, el coeficiente de temperatura es positivo, peropara otros muchos el coeficiente es esencialmente constanteen grandes posiciones de su rango útil.
• Alto coeficiente de temperatura de la resistencia, ya quede este modo el instrumento de medida será muy sensible.
• Alta resistividad, ya que cuanto mayor sea la resistencia auna temperatura dada, mayor será la variación por grado;
Características de los materiales que formanel conductor de la resistencia
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 189/718
192#
y q yu a e pe a u a dada, ayo se á a a ac ó po g ado;mayor sensibilidad.
• Relación lineal resistencia-temperatura.
• Rigidez y ductilidad, lo que permite realizar los procesosde fabricación de estirado y arrollamiento del conductor enlas bobinas de la sonda a fin de obtener tamañospequeños (rapidez de respuesta).
El metal que presenta una relación resistencia-temperaturaaltamente estable es el Platino. Otros metales utilizados es elníquel (poco lineal), tungsteno (temperaturas mayores a
100oC) y cobre (bajo rango).
Detectores de Temperatura tipo resistencia(RTD)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 190/718
193#
RTD
Platino Níquel Tugsteno
Curvas de respuesta de RTD
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 191/718
194#
Es el material más adecuado por su precisión y estabilidad,con el inconveniente de su costo. En general el RTD de Ptutilizada en la industria tiene una resistencia de 100 ohms a 0
ºC, y por esta razón, y por las ventajosas propiedades físicasdel Pt fue elegido este termómetro como patrón para la
RTD de Platino
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 192/718
195#
g p pdeterminación de temperaturas entre los puntos fijos desde elpunto del O2 (-183 ºC) hasta el punto de Sb (630 ºC).
Con un termómetro de este tipo convenientemente graduado,se pueden hacer medidas con una exactitud de 0,01 ºC ycambios de temperatura de 0,001 ºC pueden medirse
fácilmente.
Los arrollamientos están protegidos contra desperfectos por tubos de metal y dispuestos de manera que permiten rápidointercambio de calor en el arrollamiento y el el tubo. El RTD deplatino opera en un rango de -200 oC a 600 oC.
RTD de Platino
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 193/718
196#
Es un alambre fino embobinado en un núcleo de mica,vidrio u otro material, protegido por una cubierta, rellenode óxido de magnesio o óxido de aluminio
Construcción del RTD de platino
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 194/718
197#
Mas barato que el Pt y posee una resistencia más elevada conuna mayor variación por grado, el interés de este material lopresenta su sensitividad, aunque no es lineal, ya que en el
intervalo de temperatura de 0 a 100 ºC, la resistencia de Níquelaumenta en un 62% mientras que el Pt solo aumenta en un
RTD de Niquel
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 195/718
198#
38%.
Sin embargo los problemas relativos a su oxidación u otro tipode deterioro químico, limitan su utilización e incluso ponenen peligro la reproducibilidad de sus medidas.
Otro problema añadido es la variación que experimenta sucoeficiente de resistencia según los lotes fabricados.
Los termómetros de resistencia de níquel se usan mucho. Suintervalo de valor de Ro es de 10 a 10000 ohms.
RTD de Niquel
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 196/718
199#
El cobre tiene una variación de resistencia uniforme en elrango de temperatura cercano a la ambiente; es estable ybarato, pero tiene el inconveniente de su baja resistividad, ya
que hace que las variaciones relativas de resistencia seanmenores que las de cualquier otro metal. Por otra parte sus
RTD de Cobre
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 197/718
200#
q q pcaracterísticas químicas lo hacen no útil por encima de los 180ºC.
RTD’s
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 198/718
201#
RTD’s
PrecisiónºC
Resistencia deSonda a 0ºC,
ohmios
Costorelativo
Intervalo útil de temperatura
en ºC
Metal
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 199/718
202#
0,010,50
0,10
25,100, 130100
10
AltoMedio
Bajo
-200 a 950-150 a 300
-200 a 120
PlatinoNíquel
Cobre
ohmiosen C
La medición de resistencia en el RTD se realiza con unPuente de Wheatstone:
Nos permite determinar el valor de RXdesconocida, conocidas R1, R2 y RC
Cuando el miliamperímetro indica 0 mA. se
Puente de Wheatstone para medición
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 200/718
203#
Cuando el miliamperímetro indica 0 mA. sedice que el puente está equilibrado.
La condición de equilibrio es:
C
X
R
R
R
R=
1
2
Puente de Wheatstone para medición
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 201/718
204#
Para compensar las longitudesmuy grandes.
Calibración del RTD
SUMINISTRODE ENERGIA
DMM++
-
-
READOUT RESISTOR
TRANSMITTER
TRANSMISOR
LECTURA DERESISTENCIA
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 202/718
205#Courtesy of Rosemount, Inc.
DMM
(ALTERNATE READOUT)
CAJA DE DECADAS
RESISTORES
(ALTERNATIVA DE LECTURA)
Características de RTD’s
Tienen problemas de autocalentamientoBuena repetibilidad, no afectada por cambios térmicos
Algunas configuraciones son voluminosas y frágilesPueden medir rangos estrechos de temperatura (5 oC)
Precio altoAsociado en un sistema puede tener alta exactitud
LIMITACIONESVENTAJAS
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 203/718
206#
De vida corta si son sometidos a vibraciones y excesosmecánicos
Sensores de tamaño pequeño están disponibles
En sistemas de control digital requieren tarjetas especiales deentrada
No requieren compensación
La resistencia de los contactos puede alterar la mediciónRespuesta rápida
Termistor
Son resistores variables con la temperatura, que están basados ensemiconductores. La principal característica de este tipo deresistencias es que tienen una sensibilidad del orden de diez vecesmayor que las metálicas y aumenta la resistencia al disminuir la
temperatura.Los termistores son semiconductores electrónicos con un coeficiente
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 204/718
207#
de temperatura de resistencia negativo de valor elevado, convariaciones rápidas y extremadamente grandes para cambios
relativamente pequeños en la temperatura.Su fundamento esta en la dependencia de la resistencia de lossemiconductores con la temperatura, debida a la variación con estadel numero de portadores reduciéndose la resistencia, y de ahí que
presenten coeficiente de temperatura negativo y varia con lapresencia de impurezas.
Termistor
Existe un límite impuesto por la temperatura de fusión, por lo que sedebe evitar el autocalentamiento.
En cuanto a la estabilidad del termistor con el tiempo y el medio, estase logra sometiéndolos a un envejecimiento artificial. La segunda se
consigue recubriendo el termistor con vidrio si el medio donde va atrabajar le afecta. La intercambiabilidad es otro parámetro a
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 205/718
208#
considerar, pues sólo está garantizada para modelos especiales. Por ello, al sustituir un termistor en un circuito suele ser necesario
reajustarlo, aunque se trate de una unidad del mismo modelo.Por su alta sensibilidad permiten obtener alta resolución en la medidade temperatura. Dada su alta resistividad, pueden tener masa muypequeña, lo que les confiere una velocidad de respuesta rápida y
permite emplear hilos largos para su conexión, aunque éstos vayan aestar sometidos a cambios de temperatura, porque ellos tienen mayor resistencia y coeficiente de temperatura. El costo es muy bajo.
Ecuación del termistor
( ) ( )[ ]0 / 1 / 1
0
T T
t R R
−
=θ
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 206/718
209#
R0.- resistencia a la temperatura de referencia T0, en ohms.
Rt.- resistencia a la temperatura medida T, en ohms.
Ɵ.- Constante por fabricante
Construcción del termistor
Los termistores están encapsulados y se fabrican con óxidos deníquel, manganeso, hierro, cobalto, cobre, magnesio, titanio y otrosmetales.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 207/718
210#
Medición con el termistor
La medición se realiza con microamperímetro y conPuente de Wheatstone:
mA
MiliamperímetroGalvanómetro
con cero
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 208/718
211#
TermistorFuente de
Alimentación
Con Miliamperímetro Con Galvanómetro
Fuente de
Alimentación
G
central
Termistor
Ventajas del termistor
Menos estable que otros dispositivos eléctricosBueno para rangos estrechos
EL intercambio de elementos es problemáticoRespuesta rápida
Poca experiencia en su usoDe tamaño pequeño y numerosas configuracionesdisponibles
Comportamiento no linealAlta sensitividad
LIMITACIONESVENTAJAS
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 209/718
212#
No disponible para rangos ampliosSu estabilidad aumenta con el envejecimiento (el 90% seda en la primera semana)
Valores altos de resistencia requieren líneas de potenciablindadas, filtros o voltajes de corriente directa
EL efecto de los cables y de la temperatura ambiente enel medidor se elimina con valores de resistencia altos
Bajo costo
Pirómetro
Un pirómetro en un instrumento utilizado para medir, por medioseléctricos, elevadas temperaturas por encima del alcance de cualquier otro medidor.
Existen dos tipos básicos:
•Los pirómetros de radiación que se basan en la ley de Stephan -Boltzman y se destinan a medir elevadas temperaturas, arriba de1600 °C
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 210/718
213#
1600 C.
•Los pirómetros ópticos que se basan en la ley de distribución de la
radiación térmica de Wien y con ellos se han definido puntos por encima de 1063 °C.
Pirómetro de radiación
Este instrumento no necesita estar en contacto intimo con el objetocaliente, se basa en la ley de Stephan Boltzmann de energía radiante, lacual establece que la superficie de un cuerpo es proporcional a la cuartapotencia de su temperatura absoluta:
W=KT4
W E í itid
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 211/718
214#
W = Energía emitida por un cuerpoT= Temperatura absoluta (°K)
K= Constante de Stephan Boltzmann = 4.92x10 Kcal/m2
Los pirómetros de radiación para uso industrial, fueron introducidos hacia1902 y desde entonces se han construido de diversas formas, existiendo
dos tipos: espejo concavo y lente .
Pirómetro de radiación tipo espejo
El espejo cóncavo es a veces preferido como medio para enfocar por dos razones:
1) la imagen de la fuente se enfoca igualmente bien en el receptor para
todas las longitudes de onda, puesto que el espejo no produceaberración cromática, en tanto que la lente puede dar una imagen netapara una sola longitud de onda.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 212/718
215#
p g
2) las lentes de vidrio o de sílice vítrea absorben completamente una
parte considerable de la radiación de largas longitudes de onda. Laradiación reflejada por el espejo difiere poco en longitud de onda mediade la que en él incide.
Pirómetro de radiación tipo espejo
El instrumento suele ser de "foco fijo" o ajustable en el foco, y elelemento sensible puede ser un simple termopar o una pilatermoeléctrica. La fuerza electromotriz se mide con un milivoltímetro ocon un potenciómetro.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 213/718
216#
Pirómetro de radiación tipo lente
Este pirómetro está formado por una lente de pyrex, sílice o fluoruro decalcio que concentra la radiación del objeto caliente en una pilatermoeléctrica formada por varios RTD´s de Pt - Pt Rd de pequeñasdimensiones y montados en serie. La radiación está enfocadaincidiendo directamente en las uniones caliente de los termopares. Laf.e.m. que proporciona la pila termoeléctrica depende de la diferenciade temperaturas entre la unión caliente (radiación procedente del objeto
f d ) l ió f í E t últi i id l d l j d l
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 214/718
217#
enfocado) y la unión frío. Esta última coincide con la de la caja delpirómetro, es decir, con la temperatura ambiente. La compensación de
este se lleva a cabo mediante una resistencia de níquel conectada enparalelo con los bornes de conexión del pirómetro.
La compensación descrita se utiliza para temperaturas ambientalesmáximas de 120 °C. A mayores temperaturas se emplean dispositivos
de refrigeración por aire o por agua que disminuyen la temperatura dela caja en unos 10 a 40 °C por debajo de la temperatura ambiente.
Pirómetro de radiación tipo lente
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 215/718
218#
Pirómetro de radiación tipo lente
En la medida de bajas temperaturas la compensación se efectúautilizando además una resistencia termostática adicional que mantieneconstante la temperatura de la caja en unos 50 °C, valor que es unpoco más alto que la temperatura ambiente que pueda encontrarse y lo
suficientemente bajo como para reducir apreciablemente la diferenciade temperatura útil. El pirómetro puede apuntar al objeto biendirectamente, bien a través de un tubo de mira abierto (se impide la
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 216/718
219#
llegada de radiación de otras fuentes extrañas) o cerrado (medida detemperatura en baños de sales para tratamientos térmicos, hornos)
Los tubos pueden ser metálicos o cerámicos. Los primeros son deacero inoxidable o aleaciones metálicas resistentes al calor y a lacorrosión y se emplean temperaturas que no superan generalmente los1100 °C.
Permiten una respuesta más rápida a los cambios de temperatura quelos tubos cerámicos. Los tubos cerámicos se utilizan hasta 1650 °C.
Aplicaciones del pirómetro de radiación
•donde un termopar sería envenenado por la atmósfera de horno.
•para la medida de temperaturas de superficies .
•para medir temperaturas de objetos que se muevan .
•para medir temperaturas superiores a la amplitud de los parestermoeléctricos formados por metales comunes.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 217/718
220#
•donde las condiciones mecánicas, tales como vibraciones o choquesacorten la vida de un par termoeléctrico caliente.
Y, cuando se requiere gran velocidad de respuesta a los cambios detemperatura.
Pirómetro óptico
Se basan en la ley de distribución de la radiación térmica deλ
Wien:m λ= A / T, donde A = 0.2897 si m viene en cm.
La longitud de onda λ correspondiente al máximo de potenciairradiada en forma de radiaciones comprendidas en un intervalo
infinitamente pequeño de longitudes de onda es inversamenteproporcional a la temperatura del cuerpo negro.
E l di ió d t t t i ó t tili
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 218/718
221#
En la medición de temperaturas con estos pirómetros se utiliza unacaracterística de la radiación térmica: el brillo. El brillo de la radiaciónen una banda muy estrecha de longitudes de onda emitidas por unafuente, cuya temperatura ha de medirse, es confrontado visualmentecon el brillo, en la misma banda, de una fuente calibrada.
Cuando la energía radiante es luminosa, como sucede con las flamasy los metales fundidos se utiliza un pirómetro óptico, cuyo principio sebasa en la variación de la resistencia de una fotocelda al variar laintensidad de la luz a la que esta expuesta.
Estructura de un pirómetro óptico
El pirómetro óptico empleado en la determinación de altastemperaturas tales como las temperaturas de fusión del platino, delmolibdeno o del tungsteno, es del tipo de filamento.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 219/718
222#
Problemas comunes en la medición detemperatura
• Localización del elemento
• Velocidad del fluido
• Deterioro del material
• Elemento cubierto o termopozo
• Conexiones del cable
• Falla del elemento
• ¿Otros?
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 220/718
223#
Criterios de selección de medidores detemperatura
Las prioridades de selección son:
• Rango
• Exactitud• Estabilidad•Instalación
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 221/718
224#
•Costo
Rango de medidores de temperatura
Vapor
Gas
Mercurio
TermoparesTipo I
Tipo J
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 222/718
225#
-250 -200 -100 0 100 200 500 1000 2000
RANGO DE APLICACIÓN EN oC
Tipo K
Tipo R y S
RTD´sNiquel
Platino
Termistores
Características de los medidores detemperatura
Variable
±0.5% a ±2% escalatotal
500
-180
SISTEMA TERMAL
10-50 mV/oC
±0.25% a ±2%
2500
-250
TERMOPARES
De 0.0004 a 0.0007 Ω /ΩoC
0.05 oC
1000
-250
BULBOS DE
RESISTENCIA
Aprox 5%/oCSensitividad
0.05 oCExactitud
450Rango máximo oCrecomendable
-100Rango mínimo oCrecomendable
TERMISTORESCARACTERÍSTICA
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 223/718
226#
BuenaExcelenteBuenaExcelenteEstabilidad
BuenaExcelenteBuenaMalaRepetibilidad
BuenaInherenteNo necesarioOpcionalElemento secundario
sensor/transmisor sensor/transmisor No requeridaAl transmisor Suministro de energía
Lineal, excepto clase II
4-7 s, sin termopozo
No lineal
Depende del calibre e
instalación
Lineal, excepto conníquel
Aprox. 6 s 3-6 sTiempo de respuesta
Lineal en rangoscortos
Salida
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 224/718
La presión es la variable más comúnmente medida, junto conla temperatura, en plantas de proceso y esto es debido a . aque puede reflejar la fuerza motriz para la reacción otransferencia de fase de gases; la fuerza motriz para eltransporte de gases o líquidos; la cantidad másica de un gasen un volumen determinado; etc.
Elementos primarios de medición dePresión
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 225/718
228#
El control de la presión en los procesos industriales dacondiciones de operación seguras. Las presiones excesivas nosolo pueden provocar la destrucción del equipo, sino tambiénprovoca la destrucción del equipo adyacente y pone alpersonal en situaciones peligrosas, particularmente cuandoestán implícitas, fluidos inflamables o corrosivos.
Elementos primarios de medición de Presión
La presión puede definirse como una fuerza por unidad de área osuperficie, en donde para la mayoría de los casos se mide directamentepor su equilibrio directamente con otra fuerza, conocida que puede ser lade una columna líquida, un resorte, un émbolo cargado con un peso o undiafragma cargado con un resorte o cualquier otro elemento que puedesufrir una deformación cualitativa cuando se le aplica la presión.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 226/718
229#
Sistemas de unidades - Instrumentación
U.S METRICO SI
PRESIÓNpsi
Pulgadas de aguaKg/cm2
mm de agua Pascal
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 227/718
230#
Pulgadas de mercurio mm de mercurio
bar
(KPa)
Elementos primarios de medición de Presión
La unidad internacional de presión es el Pascal (Pa), el cualcaracteriza una presión uniforme que actúa sobre un área deun metro cuadrado y crea sobre esta área una fuerzaperpendicular de 1 Newton
1 Pa = 1 Newton/m2
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 228/718
231#
Pa bar psi Kg/cm2 mm Hg m H2O
1Pa = 1 1 x10 -5 1.04503 x10 -4 1.01971 x10 -5 7.500627x10-3 1.019716 x 10 -4
Tipos de Presiones
Presión absoluta: Presión que se mide a partir de la presióncero de un vacío absoluto.
Presión atmosférica: Presión que ejerce la atmósfera que
rodea la tierra (barométrica) sobre todos los objetos que sehallan en contacto con ella.
Presión relativa (manométrica): Presión mayor a la presión
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 229/718
232#
Presión relativa (manométrica): Presión mayor a la presión
atmosférica, es la presión medida con referencia a la presiónatmosférica, conocida también como presión relativa o presiónpositiva.
Presión diferencial: Es la diferencia entre dos presiones.
Tipos de Presiones
Presión absoluta
Presión manométrica
Vacío: Presión menor a la presión atmosférica, medida porabajo de la presión atmosférica. Cuando el vacío se mide conrespecto a la presión atmosférica se le conoce como presiónnegativa, el vacío también puede medirse con respecto al
"cero absoluto" como una presión absoluta menor a lapresión atmosférica.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 230/718
233#
Presión manométrica
Presión atmósferica
Presión barométrica
Presión de vacío
0 absoluto = 0 psia
760 mm Hg = 14.7 Psia0
Manómetros
Es el nombre genérico de los instrumentos que miden presión.Generalmente se usa para designar a los instrumentos quemiden presión arriba de la presión atmosférica.
La forma más tradicional de medir presión en forma precisautiliza un tubo de vidrio en forma de "U", donde se deposita unacantidad de líquido de densidad conocida (para presiones altas,
tili h bit l t i l t b t
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 231/718
234#
se utiliza habitualmente mercurio para que el tubo tenga
dimensiones razonables; sin embargo, para presionespequeñas el manómetro en U de mercurio sería poco sensible).
Este tipo de manómetros tiene una ganancia que expresa la
diferencia de presión entre los dos extremos del tubo medianteuna medición de diferencia de altura (es decir, una longitud).
Manómetro de U
El manómetro de "U" conformaun sistema de mediciónabsoluto y no depende decalibración por lo que se
considera un patrón demedición de presión.
S d t j i i l l
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 232/718
235#
Su desventaja principal es la
longitud de tubos necesariospara una medición depresiones altas y no se utilizaen un sistema de transmisión
remota.
ESCALA LINEALGRADUADA
NIVEL DE REFERENCIA CEROCON IGUAL PRESIÓN
EN CADA TUBO
4
3
2
1
0
Manómetro de U
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 233/718
236#
EN CADA TUBO
(A) MANOMETRO CON IGUAL PRESIÓNEN CADA TUBO
1
2
3
4
Manómetro mecánicos
El manómetro es el instrumento local utilizado para medir presión y su elemento sensor generalmente es un Bourdon.
Los manómetros contienen órganos medidores que se
deforman bajo la influencia de una presión elástica. Estemovimiento se transmite a un mecanismo indicador.
Debido a su resistencia y fácil manejo los manómetros están
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 234/718
237#
Debido a su resistencia y fácil manejo, los manómetros están
ampliamente difundidos en el campo de la medición de presión.Los órganos medidores están construidos normalmente conaleaciones de cobre o aceros aleados.
Manómetros
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 235/718
238#
Manómetros de diafragma
Los diafragmas son láminas elásticas onduladas de forma circular. Por unacara soportan la presión a medir. La curvatura de la membrana es unamedida de la presión.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 236/718
239#
Las láminas elásticas tienen una fuerza de retorno relativamente grandepor lo que la influencia de los equipos adicionales es por este motivoinferior que en los aparatos con tubo de Bourdon. Para la corrosión sepueden proteger de las substancias corrosivas mediante la cobertura oanteposición de láminas de plástico.
Manómetros de diafragma
La diferencia de la indicación al cambiar la temperatura esconsiderablemente superior que en los aparatos con tubo Bourdon.
Los manómetros de láminas elásticas se usan para tensiones de mediciónde 10 mbar a 25 bar
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 237/718
240#
Tipo diafragma Horizontal Vertical
Manómetros de diafragma
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 238/718
241#
Medición de diferentes tipos de presión
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 239/718
242#
Ventajas de los manómetros de diafragma
Requieren transductores adicionales para salida eléctricaPueden soportar altas presiones
Deben ser protegidos de golpes y vibracionesNumerosos materiales de construcción sondisponibles para la resistencia a la corrosión y
temperatura
Difícil su reparaciónPrincipio de operación simple
No aplicables a altas presionesPueden ser directamente acoplados al proceso
LIMITACIONESVENTAJAS
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 240/718
243#
Buena linealidad
De tamaño relativamente pequeño
Costo moderado
Manómetros tipo Fuelle
Los fuelles son elementos expandibles y contraíbles, quetienen la forma de un acordeón. Con el fin de tener mayor duración y mejorar su exactitud, el movimiento del fuelle esrestringido por medio de un resorte calibrado.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 241/718
244#
BELLOWS
PRESSURE
PRESIÓN
FUELLE
Manómetros tipo Fuelle
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 242/718
245#
PIVOT
UNDERANGEPROTECTION
BELLOWS WITH STOPS
OVERRANGEPROTECTION
SPRING
BELLOWS
CAN
PRESSURE
BELLOWS IN A CAN
PIVOTE
FUELLE
PRESIÓN
RESORTE
PROTECCIÓN DESOBRERANGO
PROTECCIÓN DESUBRANGO
FUELLES EN UN RECIPIENTE FUELLES CON TOPES
Ventajas de los manómetros tipo Fuelle
Algunos metales usados en los fuelles deben ser sometidos aendurecimiento
Buenos para bajas presiones a moderadas
Generalmente deben ser compensados por cambios en la temperaturaambiente
Disponibles para medición absoluta y diferencial
Requieren resortes para tener caracterización de exactitudCosto moderado
No aplicables a altas presionesDesarrollan grandes fuerzas
LIMITACIONESVENTAJAS
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 243/718
246#
Difícil calibración, algunas veces solo se logra con la ayuda deresortes
Manómetros con tubo de Bourdon
Para cualquier tipo de carga, la relación entre la carga y la deformación ε es unaconstante del material, conocida como el módulo de Young:
E=Carga/ ε
Si la constante de deformación es conocida, se puede obtener la carga según:
Carga = E*ε
De modo que frente a deformaciones pequeñas de materiales elásticos, seráposible obtener una cuantificación reproducible de las cargas (fuerzas) solicitantes.
El manómetro de Bourdon depende precisamente de la elasticidad de los
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 244/718
247#
El manómetro de Bourdon depende, precisamente, de la elasticidad de los
materiales utilizados en su construcción.
Manómetros con tubo de Bourdon
Este manómetro, tal vez el más común en plantas de procesos querequieran medición de presiones, consiste de un tubo metálico achatado ycurvado en forma de "C", abierto sólo en un extremo.
La presión a medir actúa sobre la cara interior del tubo, con lo que lasección oval se aproxima a la forma circular. Mediante el acodamiento del
tubo de Bourdon se producen tensiones en el borde que flexionan el tubo.
Los manómetros de tubo de Bourdon se utilizan para presiones demedición de 0,6 bar a 4000 bar, principalmente en las clases 0,6 a 2,5. Lainfluencia de la modificación de la temperatura sobre la indicación estádeterminada fundamentalmente por la evolución de la temperatura del
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 245/718
248#
determinada fundamentalmente por la evolución de la temperatura delmódulo de elasticidad del tubo de Bourdon. El error causado por latemperatura, según el material, está entre 0,3% y 0,4%.
Tipo de tubo Bourdon
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 246/718
249#
Tipo de tubo Bourdon
En Forma de C En Forma helicoidal
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 247/718
250#
SECCIÓN TRANSVERSALOVAL
ESPIRAL
SECTORDENTADO
PIÑÓN
EXTREMO LIBRECERRADO
ESLABÓNAJUSTABLE
Tipo de tubo Bourdon
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 248/718
251#
MOVIMIENTODEL PLATO
SOPORTE
DIAL
EXTREMO FIJOABIERTO
Elementos en espiral y helicoidal
MOVABLE TIPOPEN END
EXTREMO ABIERTOPUNTA MOVIBLE
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 249/718
252#
OPEN ENDMOVABLE TIP
EXTREMO ABIERTOPUNTA MOVIBLE
Ventajas del tubo Bourdon
Diseños mejorados para máxima seguridad en altas
Histéresis de 0.25% a 0.50 % sobre el ciclo total de operaciónMuy altos rangos de presión
Largos periodos de trabajo en su máxima capacidad los hacesensibles a golpes y vibraciones
Muy utilizado a través de los años
Usualmente requieren movimiento engranado para amplificación(Bourdon C)
Construcción simple
Muy bajo gradiente elástico debajo de 3 Kg/cmCosto bajo
LIMITACIONESVENTAJAS
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 250/718
253#
Diseños mejorados para máxima seguridad en altaspresiones
Fácilmente adaptable a transductores para obtener salida eléctrica
Buena exactitud contra costo, excepto en rangosbajos
Construcción de manómetros
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 251/718
254#
Construcción de manómetros
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 252/718
255#
Elementos de un Manómetro
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 253/718
256#
Rangos de indicación
• La presión de operación deberá estar ubicada en el tercio central delrango de indicación del manómetro.
• La carga de presión máxima no debería superar el 75% del valor finalde escala con carga en reposo o el 65% del valor final de escala con
carga dinámica, véase EN 837-2.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 254/718
257#
Amortiguador de pulsaciones
Si no pueden evitarse las vibraciones en el manómetro mediante lainstalación apropiada, deben utilizarse aparatos con amortiguamiento delmecanismo indicador o llenado de líquido, ya que si no dañar í an losmanómetros, transmisores y otros dispositivos. La presión pulsante podr í agastar r ápidamente los movimientos del manómetro mecánico. Esto es
especialmente verdadero cuando se utilizan bombas de desplazamientopositivo. Las oscilaciones pueden reducirse o suprimirse colocando unamortiguador en la lí nea.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 255/718
258#
FILTRO
STRAINERS
RUBBERBULB
WASHER
FELT PLUG
ADJUSTINGSCREW
GLYCERINE
BULBO DEGOMA TORNILLO
AJUSTABLE
GLICERINA
ROLDANA
TAPON DECONTACTO
COLADORES
Amortiguador de pulsaciones
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 256/718
259#
Courtesy University of Texas PetroleumExtension Service
(A) (B)
El tubo sifón o cola de cochino
La cola de cochino es utilizada para aislar el proceso caliente delinstrumento. Cuando los gases llenan el tubo estos se condensan y llenanla parte baja de la cola de cochino. Esto funciona como un tapón queimpide que los gases alcancen al instrumento y también irradia algo decalor al aire circundante. La cola de cochino no debe estar aislada.
El espacio de vapor entre el manómetro/transmisor y el sello decondensado es compresible, por lo que los cambios de presión no seránvistos tan rápidamente como con otros dispositivos. El sello de agua actúacomo un amortiguador.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 257/718
260#
SELLO DE CONDENSADO
MEDIDOR DE PRESIÓN
O TRANSMISOR
GAS CALIENTE
GASFRIO
El tubo sifón o cola de cochino
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 258/718
261#
GAS CALIENTEFLUJO
Instalación
Instrumento arriba del proceso – El condensado retrocede
TRANSMISOR
PROCESOTRANSMISOR
PROCESO SELLO TIPO
RECIPIENTE
Instrumento aislado del proceso
PROCESO
TRANSMISOR
CIERRE REMOTO
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 259/718
262#
Instrumento debajo del proceso – Parte inferior de lapierna de llenado
TRANSMISOR
TRANSMISOR
Instrumento aislado del proceso
PROCESO
TUBO CAPILAR
Medidores electrónicos de presión
Existen básicamente dos tipos:
- Tipo Capacitivo- Tipo medidor de deformaciones o strain gage
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 260/718
263#
Medidor tipo Capacitivo
El principio básico es la medición del cambio de
capacitancia por el movimiento de un elemento elástico.Este elemento casi siempre es un diafragma cuyomovimiento es del orden de milésimas con una presión dereferencia.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 261/718
264#
Medidor tipo Capacitivo
La señal de presión, referencia y medida, es aplicada pormedio de dos diafragmas, que son los que están en contactodirecto con el proceso. Las características de esteinstrumento son:
La unidad electrónica necesita estar bien diseñada e instaladaExcelentes características de histéresis y respuestaen frecuencia
Salida de alta impedanciaBuena velocidad de respuesta
EN ocasiones es necesario compensarlo debido a a variaciones detemperatura
Buena Exactitud
LIMITACIONESVENTAJAS
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 262/718
265#
Costo moderado
Desplazamiento volumétrico pequeño
Resolución uniforme
Construcción simple
y pen frecuencia
Medidor de deformaciones tipo Strain Gage
De acuerdo a la Ley de Hooke, cuando un cuerpo se le aplica unafuerza, este sufre una deformación. Un medidor de deformaciones,strain gage o galga de extensión es un dispositivo que utiliza lavariación de su resistencia eléctrica para medir su presión y seconstruye sobre un metal de coeficiente de elasticidad dado,adosándole un alambre, una tira semiconductora o pistasconductoras.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 263/718
266#
Medidor de deformaciones tipo Strain Gage
Al deformarse el soporte de la galga o strain gage, se "estira" ose "comprime" el sensor, variando así, su resistencia. Elcambio de resistencia será, precisamente, el reflejo de ladeformación sufrida. En términos de su caracterización, dada
la resistencia R sin deformación, la aplicación de una fuerza Fdeformante producirá un cambio de resistencia.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 264/718
267#
Tipos físicos de medidores de esfuerzo
Medidor de esfuerzo de hilo metálico. Son las más sencillas y seencuentran en configuraciones fijables. Normalmente estánadheridas a una base de dimensiones estables.
Medidor de esfuerzo laminares metálicas. Son las que sedesarrollan por métodos de fotograbado. Se fabrican de formasimilar a la producción de circuitos impresos en bases flexibles.
Medidor de esfuerzo de metal depositado Son las aplicadasdi t t b fi i di t ét d d
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 265/718
268#
Medidor de esfuerzo de metal depositado. Son las aplicadasdirectamente sobre superficies mediante métodos deevaporización o bombardeo químico. Se usan en los diafragmasde los sensores de presión.
Tipos físicos de medidores de esfuerzo
Medidor de esfuerzo Semiconductoras. Son fabricadas consilicio u otro metal semiconductor. Su cambio resistivo esmenos lineal que las de metal y tiene gran dependencia en latemperatura. Se usan en la fabricación de sensores integrados
de presión donde se implantan en microdiafragmas para sensarpresión diferencial o presión barométrica.
Los materiales empleados para la fabricación de medidor de
esfuerzo son diversos conductores metálicos como lasl i t t d k i l ti t bié
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 266/718
269#
esfuerzo son diversos conductores metálicos, como lasaleaciones constantan, advance, karma, isoelastic, y tambiénsemiconductores como el silicio y el germanio. Las aleacionesmetálicas tienen la ventaja de un bajo coeficiente de
temperatura.
Tipos físicos de medidores de esfuerzo
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 267/718
270#
Medidor de esfuerzos
En la práctica, el medidor de deformaciones va asociado con unfuelle o un diafragma. Los medidores tipo alambre y película sonhechos de metales y aleaciones metálicas. El más recienteavance en este campo son los de película delgada.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 268/718
271#
Circuito de medición
El puente de Wheatstone es el arreglo más común, por ser sensible, parasensar cambios producidos por el medidor de esfuerzo.
Cuando no hay deformación, se asume quetodas las resistencias son iguales. Entonces,si ΔR = 0 y todas las resistencias son igualesVsa = 0.
Si se tiene una deformación que produce unΔR ≠ 0, se tiene:
)( R R R
R E
R R
R E Vsa
Δ++
−
+
= E R R
R E Vsa
Δ+−=
22
1
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 269/718
272#
)(
R R
R E
R R
RE E R RVsa
Δ+
Δ=
Δ+
−Δ+=
24)2(2
2)2(
El cambioΔ
R es muy pequeño (típicamente de 1 a 10% del valor nominal de R)Entonces 4R >> 2ΔR, y el voltaje de salida se reduce a: E
R
RVsa
4
Δ≅
Circuito de medición
Habitualmente se utilizan circuitos en puentes, compensados
por temperatura, diseñados para los valores típicos de estasgalgas (resistencias nominales de 120 Ω , 350 Ω , 600 Ω y1000 Ω ) utilizando corrientes que no excedan los 10 mA.
[ ]T RT R T Δ+= 01)( 0α
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 270/718
273#
Medidor tipo Strain Gage
Buena capacidad de sobrecarga
Costo de moderado a altoCaracterísticas robustas contra golpes y vibraciones
Sin partes móviles
Limitado a temperaturas de 300 oCPequeños y compactos
Dispositivos adicionales de lectura y transmisiónEstabilidad de largo termino
Baja señal de salidaAmplio rango de presión
Alimentación regulada de voltaje requeridaBuena Exactitud
LIMITACIONESVENTAJAS
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 271/718
274#
Resolución continua y uniforme
Mantenimiento simple
Medidores de presión diferencial
Frecuentemente es necesario conocer la presión relativa entredos puntos; tales sistemas se conocen como sensores depresión diferencial.
Existen diferentes métodos y a continuación se analiza unsensor de presión diferencial, basado en un medidor deesfuerzo.
Las señales de presión, P1 y PR, se entregan a dos diafragmasaislantes que impiden que el fluido ingrese a la cámara
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 272/718
275#
p , y , g gaislantes, que impiden que el fluido ingrese a la cámarasensible. La presión es transmitida a la sección sensiblemediante capilares, que están llenos de un fluido adecuado
(por ejemplo aceite de silicon).
Medidores de presión diferencial
Existen dos cámaras separadas por el medidor en el centro,conocida como el diafragma sensor, cuyo único requisito esque impida el paso del fluido interno de un lado hacia el otro.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 273/718
276#
Medidores de presión diferencial
Uno de los diafragmas aislantes puede ser sujeto a unapresión constante de referencia, de modo que la posición deldiafragma de referencia será una función de la presiónaplicada en un sólo lado. Similarmente, se pueden aplicar dos
presiones y la posición del diafragma sensor será una funciónde la presión diferencial.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 274/718
277#
Consejos de Calibration para transmisores depresión y D/P
• Nunca desconecte o abra sin la confirmación de que es
seguro• Lea y siga las instrucciones
• Utilice el equipo apropiado
• Elimine fugas• Drene todos los líquidos
• Calibre en la temperatura
• Calibre en la presión
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 275/718
278#
p
Problemas comunes en la medición depresión
• Líneas conectadas
• Sobrerango• Materiales de construcción
• ¿Otros?
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 276/718
279#
Características de los medidores de presión
7 cm H2O0.3 Kg/cm21 Kg/cm20.3 Kg/cm27.5” H2OSpan mínimo
Integral
Absoluta,diferencial y vacío
300 oC
0.01% E.T.
0.3 a 13000 Kg/cm2
± 0.25% E.T.
STRAIN GAGE
Requerido
Absoluta, diferencial yvacío
300 oC
0.25% del span
0 a 12 Kg/cm2
.1 a 1% del span
DIAFRAGMAS
Requerido
Absoluta, diferencial yvacío
120 oC
0.25% del span
0 a 35 Kg/cm2
0.5% del span
FUELLES
Requerido
Absoluta, diferencial yvacío
300 oC
0.01% del span
1 a 1500 Kg/cm2
0.5% del span
BOURDONES
Absoluta,diferencial y vacío
Servicio en presión
IntegralElemento secundario
120 oCTemperatura máxima
0.02% E.T.Sensitividad
0 a 300 Kg/cm2Rango recomendable
± 0.15% E.T.Exactitud
CAPACITIVOCARACTERÍSTICA
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 277/718
280#
Analógica y digital
Lineal
Al sensor ytransmisor
Al sensor ytransmisor
Al transmisor Al transmisor Al transmisor Suministro de energía
LinealLineal, excepto con el
tipo C
LinealLinealRespuesta
Analógica y digitalAnalógicaAnalógicaAnalógicaSalida
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 278/718
Medición de Nivel
En la industria, la medición de nivel es muy importante, tanto desde el
punto de vista del funcionamiento del proceso como de la consideracióndel balance adecuado de materias primas o de productos finales.
Dentro de los procesos industriales la medición y el control de nivel sehace necesario cuando se pretende tener una producción continua,
cuando se desea mantener una presión hidrostática, cuando un procesorequiere de control y medición de volúmenes de líquidos ó; bien en el casomás simple, para evitar que un líquido se derrame, la medición de nivel delíquidos, dentro de un recipiente parece sencilla, pero puede convertirseen un problema más ó menos difícil, sobre todo cuando el material escorrosivo ó abrasivo, cuando se mantiene a altas presiones, cuando es
radioactivo ó cuando se encuentra en un recipiente sellado.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 279/718
282#
Medición de nivel en líquidos
Se realiza de forma indirecta en base a:
• La altura de líquido sobre una línea de referencia,
• La presión hidrostática,
• El desplazamiento producido en un flotador por el propio líquido contenidoen el tanque del proceso,
• Aprovechando características eléctricas del líquido.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 280/718
283#
Medición de nivel en líquidos
Se dividen en tres tipos:
• Los instrumentos de nivel de medida directa.
• Los que miden el nivel aprovechando la presión hidrostática.
• Los que utilizan características eléctricas del líquido.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 281/718
284#
Instrumentos de nivel de medida directa
Los instrumentos de medida directa se dividen en:
– Medidor de sonda
– Medidor de cinta y plomada
– Medidor de nivel de cristal
– Medidor de flotador.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 282/718
285#
Instrumentos de nivel por presiónhidrostática
Los que miden el nivel aprovechando la presión hidrostática se dividen en:
– Medidor manométrico
– Medidor de membrana
– Medidor de tipo burbujeo
– Medidor de presión diferencial de diafragma
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 283/718
286#
Instrumentos de nivel por característicaeléctrica
Los que utilizan características eléctricas del líquido se clasifican en:
– Medidor conductivo
– Medidor capacitivo
– Medidor ultrasónico
– Medidor de radiación
– Medidor láser
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 284/718
287#
Medidor de Sonda o regla
Consiste en una varilla o regla graduada, de longitudconveniente para introducirla dentro del depósito. Ladeterminación del nivel se efectúa por la lectura directade la longitud mojada por el líquido. En el momento de la
lectura el tanque debe estar abierto a presiónatmosférica. Se utiliza generalmente en tanques degasolina.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 285/718
288#
Medidor de cinta
Este sistema graduada y un plomo en la punta y opera bajo elprincipio de flotación, en el que el flotador actúa balanceado a unindicador o contrapeso que proporciona una indicación directadel nivel. Se emplea cuando es difícil que la regla tenga acceso
al fondo del estanque.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 286/718
289#
Medidor de cinta
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 287/718
290#
Medidor de cinta y plomada
Adaptable para transmisión
Resistencia buena a la corrosión
Presión de operación limitada a unas cuantas “H2O manométicasBajo costo
Baja presiónConstrucción e instalación simple
LIMITACIONESVENTAJAS
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 288/718
291#
Medidor de cristal (mirilla)
Consiste en un tubo de vidrio con sus extremosconectador a bloques metálicos y cerrados porprensaestopas que están unidos al tanque generalmentemediante tres válvulas, dos de cierre de seguridad en los
extremos del tubo para impedir el escape del líquido encaso de rotura del cristal y una de purga.
El nivel de cristal normal se emplea para presiones hasta7 bar. A presiones más elevadas el cristal es grueso, desección rectangular y está protegido por una armadura
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 289/718
292#
sección rectangular y está protegido por una armadurametálica.
Mirillas de vidrio básicas
CLOSE-LOOP SIGHT GLASSSCALE
PEN-END I HT L
ESCALA
MIRILLA DE VIDRIOCON EXTREMO ABIERTO
MIRILLA DE VIDRIO CERRADO
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 290/718
293#
(A) OPEN OR VENTED VESSEL (B) PRESSURIZED VESSEL
ESCALA
(A) RECIPIENTE ABIERTO O VENTILADO (B) RECIPIENTE PRESURISADO
Medidor de cristal (mirilla)
Generalmente se conocen como vidrios de nivel
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 291/718
294#
CRISTAL CON ARMADURA CRISTAL NORMAL
Medidor de fuerza de flotación
La fuerza producida por un cuerpo sumergido, la cual es igual al peso delfluido que dicho cuerpo desplaza se conoce como fuerza de flotación.
Bajo este principio se tienen dos tipos de medidores:
Desplazadores (fuerza)
Flotadores (movimiento)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 292/718
295#
Medidor tipo desplazador
Su operación se basa en el principio de Arquímedes:
"Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta unafuerza de empuje vertical hacia arriba igual al peso del
fluido desalojado".
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 293/718
296#
Medidor tipo desplazador
Consiste en cuerpo inmerso, conocido como desplazador, en el líquido
y conectado mediante un brazo a un tubo de torsión y unidorígidamente al recipiente. Dentro del tubo y unido a su extremo libre seencuentra una varilla que transmite el movimiento de giro a untransmisor exterior.
El tubo de torsión se caracteriza fundamentalmente porque el ángulode rotación de su extremo libre es directamente proporcional a lafuerza aplicada.
Al aumentar el nivel, el líquido ejerce un empuje sobre el desplazador igual al volumen de la parte sumergida multiplicada por la densidad dellíquido tendiendo a neutralizar su peso propio así que el esfuerzo
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 294/718
297#
líquido, tendiendo a neutralizar su peso propio, así que el esfuerzomedido por el tubo de torsión será muy pequeño. Por el contrario, al
bajar el nivel, menor parte del desplazador queda sumergida, y lafuerza de empuje hacia arriba disminuye, resultando una mayor torsión.
Medidor tipo desplazador
El desplazador estasuspendido en la barra,lo que restringe sumovimiento y evita sucontacto con cualquier parte del recipiente enque es colocado.
La varilla que conecta al
desplazador con la barrade torsion esta diseñadapara absorber las
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 295/718
298#
pfuerzas laterales.
La precisión es del orden de±
0,5 % a±
1 % .
El instrumento puede utilizarse en tanques abiertos y cerradosa presión o a vacío, tiene una buena sensitividad pero presenta
el inconveniente del riesgo de depósitos de sólidos o decrecimiento de cristales en el flotador que afectan a la precisiónde la medida y es apto sólo para la medida de pequeñasdiferencias de nivel (2000 mm máximo como estándar).
Características del desplazador
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 296/718
299#
Características del desplazador
La caja del desplazador se construye de hierro o acero alcarbón. La barra de torsión de K-monel como estándar. Eldesplazador esta construido de acero inoxidable 316.
La presión de trabajo es hasta 40 Kg/cm2 y 450 oC detemperatura. Sus conexiones pueden ser de 1 ½” roscadas o de2” bridadas.
Se considera a este dispositivo simple, confiable y adaptable aun rango amplio de variación de nivel.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 297/718
300#
Características del desplazador
Insensible a la presión del recipiente
Fácil instalación
Convenientes para fluidos condensables
Debe mantenerse sumergidoBuena exactitud
Inadecuado para usarse con fluidos turbulentosNumerosos materiales de construcción paraproporcionar resistencia a la corrosión
No puede ser usado en lodos o en fluidos cubrientesAdaptable a diferentes densidades de líquidos
Pesados y voluminososRequiere estopero
LIMITACIONESVENTAJAS
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 298/718
301#
Adecuados para la medición de interfaces
Medidor de flotador
Consiste en un flotador, esfera de metal hueca, ubicado en el
seno del líquido unido, por medio de una varilla, a una flecharotatoria y a un cojinete que en conjunto llevan el movimientohasta un mecanismo transmisor de balance de movimientos.Para tener máxima sensitividad es necesario que el flotador sesumerja hasta su sección más ancha.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 299/718
302#
Medidor de flotador
Nivel de líquido
Flotador
Cinta
Polea de fricción baja
Resortede
tensión
++
+Rueda de
lecturadigital
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 300/718
303#
Flotador
Medidor de flotador
Este tipo de dispositivo es el más antiguo y el más utilizado en lamedición de niveles en tanques abiertos y cerrados a presión oa vacío, y son independientes del peso específico del líquido.Tiene el inconveniente de que las partes móviles estánexpuestas al fluido y pueden romperse, además el flotador debemantenerse limpio. Los flotadores tienen una precisión de 0,5 %.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 301/718
304#
Medidor manométrico
Consiste en un manómetro conectado directamente a la parte inferior deltanque. El manómetro mide la presión debida a la altura de líquido h queexiste entre el nivel del estanque y el eje del instrumento.
Como las alturas son limitadas, el rango de medida es bastante pequeño,de modo que el manómetro utilizado tiene un elemento de medida del tipo
fuelle.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 302/718
305#
Medidor de tipo burbujeo
Este es uno de los métodos mas antiguos en el que tubo(sumergido en el deposito hasta el nivel mínimo) seencuentra conectado a una fuente de gas con presiónsuficiente para vencer la presión hidrostática generada
por la columna de líquido, hasta producir una corrientecontinua de burbujas. La presión requerida para producir el flujo continuo de burbujas es la presión hidrostática dellíquido y conociendo la densidad del líquido se puede
determinar su nivel.
Este sistema es muy ventajoso en aplicaciones con
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 303/718
306#
Este sistema es muy ventajoso en aplicaciones con
líquidos corrosivos con materiales en suspensión (elfluido no penetra en el medidor, ni en la tubería deconexión).
Medidor de tipo burbujeo
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 304/718
307#
Medidor de tipo burbujeo
Los gases utilizados son generalmente aire e hidrógeno,lo que representa su máxima desventaja y por esa razónson poco utilizados.
La instalación es económica, particularmente paraindicaciones locales o servicios limpios.
La exactitud depende del medidor de presión utilizado y
de la uniformidad de la densidad del líquido a medir
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 305/718
308#
Características del Medidor de tipo burbujeo
Funciona bien con fluidos turbulentos
Bueno para uso con lodos
No utilizado en recipientes a presiónBuena exactitud, depende de la calidad del medidor depresión utilizado
No utilizado en recipientes cerradosBajo costo
Dificultad para operarlos en recipientes a baja presiónBueno para problemas severos de corrosión
LIMITACIONESVENTAJAS
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 306/718
309#
Medidor de presión diferencial
Este instrumento es el que mejor satisface los requerimientosde transmisión remota. La fuerza o el movimiento resultante esconvertido a una señal normalizada de 3-15 Psig o 4-20 mA.
Consiste en un diafragma en contacto con el líquido delestanque, que mide la presión hidrostática en un punto delfondo del estanque. En un estanque abierto esta presión esproporcional a la altura del líquido en ese punto y a su pesoespecífico, es decir:
P = h γg en la que:
P = presión
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 307/718
310#
P = presión
h = altura del líquido sobre el instrumento
γ = densidad del líquido
g = 9,8 m/s2
Medidor de presión diferencial
Señalparacontrol
Señal paracontrol
Tanquepresurizado
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 308/718
311#
Medidor de presión diferencial
Las celdas o d/p cell, como se conocen, pueden instalarse en
tanques atmosféricos o en tanques a presión, variando suesquema de instalación.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 309/718
312#
Medidor de presión diferencial
La precisión de los instrumentos de presión diferencial es de ±
0,5 % en los neumáticos, ± 0,2 % a ± 0,3 % en los electrónicos,y de ± 0,15 % en los “inteligentes” con señales de salida de 4-20 mA C.D.
Un punto importante en la especificación es el material deldiafragma y debe ser el adecuado para resistir la corrosión delfluido (existen materiales de acero inoxidable 316, monel,tantalio, hastelloy B, inoxidable recubierto de teflón).
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 310/718
313#
Medición de nivel con un transmisor depresión diferencial
Hmax = Altura total*ρ = 63*0.717
=45.171 cm H2O = 17.78 “H2O
Supresión = Lmin*ρ = 33*0.717= 23.66 cm H2O = 9.31 “H2O
De acuerdo a los valores de Hmax ysupresión se selecciona el rango deltransmisor de 0 30 “H2O.
Volumen del líquido:
V (ml) = factor cub. (ml/cm) * Nivel (cm)
Nivel del líquidoL(cm) = (H(“H2O)*2 54/ ) – Lmin (cm)
LmaxNivel máximo
LminNivel mínimo
RECIPIENTEDE CARGA
30 cm
33 cm
Factor decub70.6 ml/cm
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 311/718
314#
L(cm) = (H( H2O) 2.54/ρ) Lmin (cm)
V(ml) = (70.6 * H*2.54/ρ)-33
LH
Transmisor de PresiónDiferencial
Características del Medidor de presióndiferencial
Compensación por temperatura
Con mucha experiencia y años en la aplicación
Fácil calibración
Fácil instalación
Funciona mejor con fluidos limpios ó pocos corrosivoDisponible para aplicaciones de alta temperatura ypresión
Variaciones en la densidad, índice de errores en la mediciónBuena exactitud
Costo moderado a alto , especialmente cuando se requierenopciones especiales
Adecuados para medición de nivel de interfaces
LIMITACIONESVENTAJAS
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 312/718
315#
El medidor de nivel tipo capacitancia
Estos se basan en las propiedades eléctricas de los materiales y en formabásica existen dos tipos:
o Tipo resistivo o conductivo (Admitancia)
o Tipo capacitivo (capacitancia)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 313/718
316#
Consiste en uno o varios electrodos y un relevador eléctrico o electrónicoque es excitado cuando el líquido moja a dichos electrodos. El líquidodebe ser lo suficientemente conductor como para excitar el circuitoelectrónico, y de este modo el aparato puede discriminar la separaciónentre el líquido y su vapor, tal como ocurre, por ejemplo, en el nivel de
agua de una caldera de vapor.
El medidor de nivel conductivo oresistivo
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 314/718
317#
La impedancia mínima es del orden de los 20 MΩ/cm, y la tensión de
alimentación es alterna para evitar fenómenos de oxidación en las sondaspor causa del fenómeno de la electrólisis.
Cuando el líquido moja los electrodos se cierra el circuito electrónico ycircula una corriente segura del orden de los 2 mA; el relevador electrónico dispone de un temporizador de retardo que impide suenclavamiento ante una ola del nivel del líquido o ante cualquier perturbación momentánea o bien en su lugar se disponen dos electrodospoco separados enclavados eléctricamente en el circuito.
El instrumento se emplea como alarma o control de nivel alto y bajo,
El medidor de nivel tipo resistivo paraseñales on-off
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 315/718
318#
El medidor de nivel tipo resistivo paraseñales on-off
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 316/718
319#
El medidor de nivel tipo resistivo paraseñales continuas
En este tipo se mide la reactancia del sistema (suma de reactancia inductiva,
que es despreciable, y la reactancia capacitiva)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 317/718
320#
El medidor de nivel tipo resistivo paraseñales continuas
El hecho de considerar la resistencia, implícitamente en la admitancia, da las
siguientes ventajas:
Inmune a las adherencias e incrustaciones de la sonda.
Adecuado para usarse con líquidos adherentes y espumosos.
Puede ignorar variaciones en la composición y temperatura del medio.
Adecuado para la medición de lodos y cualquier tipo de sólidos
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 318/718
321#
Medidor de nivel capacitivo
Mide la reactancia capacitiva Xc del capacitor C, formado por el electrodo sumergido en el líquido y las paredes delrecipiente, en base a una frecuencia conocida f. La capacidaddel conjunto es lineal y depende del nivel del líquido.
Para el cálculo de la capacitancia en microfaradios, se toma elvalor de la constante dieléctrica K, y las dimensiones físicasdel capacitor A, B y L.
fC Xc π 2
1
=
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 319/718
322#
En fluidos no conductores se emplea un electrodo normal y lacapacidad total del sistema se compone de la del líquido, ladel gas superior y la de las conexiones superiores.
Medidor de nivel capacitivo
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 320/718
323#
La precisión de estos medidores es de ± 1 %. Secaracterizan por no tener partes móviles, son ligeros,presentan una buena resistencia a la corrosión y son defácil limpieza. Su campo de medición es prácticamente
ilimitado.
Tiene el inconveniente de que la temperatura puede afectar las constantes dieléctricas (0,1 % de aumento de la
constante dieléctrica/°C) y de que los posiblescontaminantes contenidos en el líquido puedan adherirse alelectrodo variando su capacidad con lecturas erróneas, enpartic lar en el caso de líq idos cond ctores
Características del Medidor de nivelcapacitivo
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 321/718
324#
particular en el caso de líquidos conductores.
Medidor de nivel capacitivo
Relativamente de bajo costo
Las sondas pueden resistir las condiciones mas severas
Opera con fluidos conductivos o no conductivos
Ajuste remoto de span y cero en transmisores inteligentes
Su medición puede ser afectada por variaciones detemperatura
Fácil instalación
No puede ser usado con fluidos adherentesÚtil en servicios on-off y control continuo en un ampliorango de nivel
Usualmente requiere recalibración si el fluido medidocambia su composición o humedad
Sin partes móviles expuestas al fluido
LIMITACIONESVENTAJAS
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 322/718
325#
Medidor de nivel ultrasónico
Se basa en la emisión de un impulso ultrasónico a una
superficie reflectante y la recepción del eco del mismo enun receptor. El retardo en la captación del eco dependedel nivel del tanque.
Los sensores trabajan a una frecuencia de unos 20 KHz.Estas ondas atraviesan con cierto amortiguamiento oreflexión el medio ambiente de gases o vapores y sereflejan en la superficie del sólido o del líquido.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 323/718
326#
Medidor de nivel ultrasónico
La precisión de estos instrumentos es de ± 1 a 3 %. Son
adecuados para todos los tipos de tanques y de líquidos ofangos pudiendo construirse a prueba de explosión.Presentan el inconveniente de ser sensibles a la densidad
de los fluidos y de dar señales erróneas cuando lasuperficie del nivel del líquido no es nítida como es el casode un líquido que forme espuma, ya que se producenfalsos ecos de los ultrasonidos.
La utilización de la computadora permite, a través de unprograma, almacenar el perfil ultrasónico del nivel, y asítener en cuenta las características particulares de lasuperficie del líquido tal como la espuma con lo cual se
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 324/718
327#
superficie del líquido, tal como la espuma, con lo cual semejora la precisión de la medida.
Medidor de nivel ultrasónico
DetectorEmisor
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 325/718
328#
Medición ultrasónica
RECEIVER ANDAMPLIFIER
TIMED GAINCONTROL
WAVESHAPING
LOGIC ANDDISPLAY
GENERATOR ANDTRANSMITTER
TIMINGGENERATOR
TRANSDUCERS
TRANSMITTED BURST
RECEIVED BURST (ECHO)
ELAPSED TIME PROPORTIONALTO DISTANCE
OBJECT BEINGSENSED
GENERADOR YTRANSMISOR
GENERADORDE TIEMPO
RECEPTOR YAMPLIFICADOR
OBJETO A SERSENSADO
TRANSDUCTORES
GANANCIA DECONTROL
CRONOMETRADA
LOGICA YLECTURA
FORMADE ONDA
TREN DE PULSOS TRANSMITIDO
EL TIEMPO TRANSCURRIDOES PROPORCIONAL A LA DISTANCIA
TREN DE PULSOS RECIBIDO (ECO)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 326/718
329#
SENSEDSENSADO
El sistema de medición de nivel radiactivo
Consiste en un emisor de rayos gamma montado verticalmente
en un lado del estanque y con un contador que transforma laradiación gamma recibida en una señal eléctrica de corrientecontinua. Como la transmisión de los rayos es inversamenteproporcional a la masa del líquido en el estanque, la radiación
captada por el receptor es inversamente proporcional al niveldel líquido ya que el material absorbe parte de la energíaemitida.Los rayos emitidos por la fuente son similares a los rayos X,
pero de longitud de onda es más corta. La fuente radiactivapierde igualmente su radiactividad en función exponencial deltiempo. La vida media (es decir, el tiempo necesario para que elemisor pierda la mitad de su actividad) varía según la fuente
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 327/718
330#
emisor pierda la mitad de su actividad) varía según la fuente
empleada. En el cobalto 60 es de 5,5 años y en el cesio 137 esde 33 años y en el americio 241 es de 458 años.
El sistema de medición de nivel radiactivo
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 328/718
331#
El sistema de medición de nivel radiactivo
Las paredes del estanque absorben parte de la radiacióny al detector llega sólo un pequeño porcentaje. Losdetectores son, en general, detectores de cámara iónica yutilizan amplificadores de c.c. o de c.a. El instrumentodispone de compensación de temperatura, de
linealización de la señal de salida, y de reajuste de lapérdida de actividad de la fuente de radiación. Comodesventajas en su aplicación figuran el blindaje de lafuente y el cumplimiento de las leyes sobre protección de
radiación.La precisión en la medida es de ± 0,5 a ± 2 %, y elinstrumento puede emplearse para todo tipo de líquidos
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 329/718
332#
ya que no esta en contacto con el proceso. Su lecturaviene influida por el aire o los gases disueltos en ellíquido.
El sistema de medición de nivel radiactivo
El sistema se emplea en caso de medida de nivel en
estanques de acceso difícil o peligroso. Es ventajosocuando existen presiones elevadas en el interior del tanqueque impiden el empleo de otros sistemas de medición. Hay
que señalar que el sistema es caro y que la instalación nodebe ofrecer peligro alguno de contaminación radiactivasiendo necesario señalar debidamente las áreas dondeestán instalados los instrumentos y realizar inspecciones
periódicas de seguridad.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 330/718
333#
El sistema de medición de nivel radiactivo
Detector
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 331/718
334#
Fuente de
radiación
Medidor de nivel Láser
Se utiliza en aplicaciones donde las condiciones son muy duras, y
donde los instrumentos de nivel convencionales fallan; tal es el casode la medición de metal fundido, donde la medida del nivel deberealizarse sin contacto con el líquido y a la mayor distancia posible por existir unas condiciones de calor extremas. El sistema consiste en unrayo láser enviado a través de un tubo de acero y dirigido por reflexiónen un espejo sobre la superficie del metal fundido. El aparato mide el
tiempo que transcurre entre el impulso emitido y el impulso de retornoque es registrado en un fotodetector de alta resolución, y este tiempoes directamente proporcional a la distancia del aparato emisor a ladistancia a la superficie del metal en fusión, es decir, da la lectura delnivel.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 332/718
335#
Sistema de nivel por radar
REMOTEDISPLAY
MICROWAVEELECTRONIC
MODULE
RADARANTENNA
TANK ATMOSPHERE
ATMOSFERA DEL TANQUE
ANTENADE RADAR
LECTURAREMOTA
MÓDULOELECTRÓNICO
DE MUCROONDAS
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 333/718
336#
TEMPERATURESENSOR
SENSOR DETEMPERATURA
Paletas rotativas
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 334/718
337#
Problemas comunes en la medición de nivel
• Líneas conectadas
• Líquido – espuma
• Líquido – agitación
• Pierna seca/pierna húmeda
• Supresión y elevación de cero
• ¿Otros?
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 335/718
338#
Criterios de selección de los medidores denivel
La selección depende de algunos aspectos, como los que a continuaciónse mencionan:
• Condiciones de operación• Exactitud• Costo
• Instalación• Mantenimiento y operación• Calibración• Confiabilidad
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 336/718
339#
Características de medidores de nivel
De acuerdo almedidor asociado
Cercana a laatmósferica
100 oC
Líquidos
Requerido
Analógica
Igual a la alturadel tanque
±1% del rango
BURBUJEO
0.75%
100 Kg/cm2
300 oC con
sello
LíquidosInterfaces
Inherente
Analógica odigital
4” a 1000”H2O
±0.5% a ±2%del span
D/P CELL
0.1 % delspan
200 Kg/cm2
500 oC
LíquidosInterfacesSólidos
Inherente
Analógica odigital
6” a 100 ft
±0.5% delspan
CAPACI
TANCIA
300 Kg/cm24 Kg/cm2150 Kg/cm2200 Kg/cm2Presión max.
0.1 % delspan
± 1 %± 1 %0.75% delrango
Sensitividad
-150 a 500o
C
LíquidosInterfaces
Integral
Analógica
14” a 48”
±0.1% a±0.3%
DESPLA
ZADOR
-150 a 500 oC
Líquidos
Integral
Analógica
1/4” a 14”
±1% a ±3%
FLOTADOR
150 oC
Líquidos
Requerido
Analógica odigital
1” a 35 ft
±1% a ±2%
TIPO CINTA
LíquidosInterfacesSólidos
Servicios
850 oCTemp. max.
InherenteUnidadsecundaria
Analógica odigital
Salida
1/2 ” a 100 ftRangorecomenda
ble
±0.5% delspan
Exactitud
ADMITANCIA
CARACTE
RÍSTICA
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 337/718
340#
sensor/transmisor Al transmisor sensor/transmisor sensor/transmisor Altransmisor Al transmisor Altransmisor Suministro deenergía
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 338/718
Importancia de la mediciImportancia de la medicióón den deFlujoFlujo
La medición de flujo es importante y algunos ejemplos de
aplicación en nuestra vida son para conocer:•Consumos de agua potable para uso doméstico eindustrial,
•Demanda de Hidrocarburos, como gas natural, gas LP,combustoleo, gasolina,•La eficiencia de los procesos,•Balances de materia,•Excedentes de costos, etc.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 339/718
342#
Estados de la materiaEstados de la materia
La materia se presenta en tres estados: sólido, líquido o gaseoso y en formabásica se tiene que: un sólido tiene un volumen y forma definidos; un líquidotiene un volumen definido, mas no una forma definida; y un gas no tiene ni
volumen ni forma definidos.
Volumen definido
SÓLIDO FLUÍDO
Forma y volumen
definido Deformaciones LÍQUIDO GAS
Incompresibles Compresibles
Volumen Indefinido, baja
densidad
ESTADOS DE LA MATERIA
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 340/718
343#
FluidoFluido
Un fluido es parte de un estado de la materia y se define como un conjunto de
moléculas distribuidas al azar que se mantienen unidas por fuerzas cohesivasdébiles y por fuerzas ejercidas por las paredes de un recipiente, es decir sinvolumen definido.
Los fluidos tienen la capacidad de fluir, de ahí su nombre y se puede decir que
tanto líquidos como gases son fluidos. La diferencia básica entre un gas y unlíquido es la compresibilidad, así los gases pueden ser comprimidosreduciendo su volumen y los líquidos son prácticamente incompresibles.
La medición de flujo es la medición de materia en movimiento, es decir es la
medición de fluidos.
El flujo de materia se puede presentar en más de una fase: sólidos en líquido,gases en líquido, sólidos en gas, líquido en gas, sólidos y gases en líquido,sólidos y líquidos en gas, etc., y todos ellos se consideran fluidos.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 341/718
344#
Unidades de medida de flujoUnidades de medida de flujo
m3
/hrKg/hrm3
/hrKg/hrGPMlbs/hr
SCFM
S.I.METRICOU.S.A.
• Líquidos GPM, m3 /hr, lbs/hr
• Gases SCFH, m3 /hr
• Vapor lbs/hr, Kg/hr
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 342/718
345#
Tipos de flujoTipos de flujo
• Flujo volumétrico.– El volumen de un flujo que pasa por un punto en la
tuberia por unidad de tiempoQ = A x V
Donde: Q = Velocidad de flujo volumétrico
A = Área interna de la tubería
V = Velocidad promedio de flujo
• Flujo másico.- Peso de un volumen de fluido que fluye por unidad de tiempo.
• Flujo totalizado.- Flujo acumulado o flujo integrado
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 343/718
346#
Propiedades de los fluidosPropiedades de los fluidos
DensidadLa densidad de un material se define como la masa contenida en la unidad devolumen de un material. Ejemplo: agua = 62.4 lbs/ft3
Peso específicoLos ingenieros que no han adoptado el SI, utilizan el peso específico o densidadde peso, definido como el peso de la unidad de volumen de una sustancia.
⎥⎦⎤⎢⎣⎡= 3 m
Kg
v
mδ
Densidad relativa o gravedad específicaPara líquidos, se define como la razón entre la densidad de la sustancia y ladensidad del agua a una temperatura determinada. Para gases, es con respectoa la densidad del aire.
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ ⋅===
33
m
N
m
f Kg g δ
v
mg
v
w PE
tantantan ciasusciasusciasusδ
gδ
PEDR
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 344/718
347#
tantantan
agua
cia sus
agua
cia sus
agua
cia sus
δ g δ g
PE PE DR ===
Propiedades de los fluidosPropiedades de los fluidos
ViscosidadSe define como la resistencia que presentan los fluidos a fluir, es decir que a mayor viscosidad, menor flujo y está afectada por la presión y la temperatura. Es esencialconocerla para la selección de medidores de flujo.
Fluido NewtonianoEs todo aquel fluido que sigue la Ley de Newton de la viscosidad, es decir quecuando la relación de corte y la velocidad de deformación del fluido es lineal y laviscosidad es función exclusiva de la condición del fluido.
Fluido No NewtonianoNo se comporta conforme la Ley de Newton y la viscosidad de este fluido dependedel gradiente de velocidad, además de la condición del fluido..
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 345/718
348#
Propiedades de los fluidosPropiedades de los fluidos
CompresibilidadA cada incremento/decremento de la presión que se ejerce sobre un fluido, lecorresponde una contracción/expansión del fluido. Esta deformación o cambiode volumen se llama elasticidad o compresibilidad. Se mide en N/m2.
Ecuaciones de estado de los gases
p: presión V: Volumen m: Masa T: Temperatura absoluta R: Constante, para aire R=287J/Kg-K : Densidad
2
22
1
11
T V P
T V P ⋅=⋅
T RmV P ⋅⋅=⋅
T R
P
⋅= ρ
ρ
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 346/718
349#
EcuaciEcuacióón de continuidadn de continuidad
La relación de volumen de flujo (Q) que pasa en un punto es igual a la seccióntransversal normal (A) en ese punto por el promedio de velocidad a través del
área (V).
V AQ ⋅= s
feet feet
s
feet ⋅= 2
3
Relación de volumen de flujo = Area x Velocidad promedio
La velocidad de flujo volumétrico a través de una tubería puede ser calculadomultiplicando el área de la tubería por la velocidad promedio en ese punto olocalización Esta es la base de operación de todos los medidores de velocidad
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 347/718
350#
localización. Esta es la base de operación de todos los medidores de velocidadde flujo.
EcuaciEcuacióón de continuidadn de continuidad
Si hay un volumen constante de velocidad de flujo para un cambio de área (uncambio de diámetro de tubería) existe un cambio inverso de la velocidad
promedio. Esta es la ecuación de continuidad y esta basada en la velocidadpromedio a través del área seccional.
Ecuación de continuidad
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 348/718
351#
Teorema deTeorema de BernoulliBernoulli
Daniel Bernoulli (1700-1782) comprobó experimentalmente que "la presión internade un fluido (líquido o gas) decrece en la medida que la velocidad del fluido seincrementa", o dicho de otra forma "en un fluido en movimiento, la suma de la
presión y la velocidad en un punto cualquiera permanece constante", es decir que p + v = k.
Para que se mantenga constante k, si una partícula aumenta su velocidad vtendrá que disminuir su presión p, y a la inversa. Como la presión y la velocidad
actúan recíprocamente:
Presión estática + Presión dinámica = Presión total = Constante
Presión estática + 1/2 v 2 = Presión total = Constante
ρ
Cuando hay flujo lento en un fluido, la presión aumenta.Cuando hay un aumento de flujo en un fluido, la presión disminuye.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 349/718
352#
y j pCuando hay un aumento de flujo en un fluido, la presión disminuye.
El nEl núúmero demero de ReynoldsReynolds
A finales del siglo XIX, Reynolds efectúa un experimento, inyectando tinta en lacorriente de un flujo y observa cambios significantes en el movimiento de latinta. A una velocidad de flujos bajos (alta viscosidad), la tinta traza una línea
recta desde el punto de inyección y el la llama flujo directo y ahora se llama flujolaminar debido a que el fluido se esta moviendo como si estas fuerancompuestas de laminaciones o placas.
Al incrementa la velocidad, se alcanza la condición donde la tinta inicia comouna línea recta, pero empezando a generar inestabilidad y al aumentar lavelocidad se genera una inmediata dispersión de la tinta a través de la corrientede flujo, llamando a este flujo sinuoso y hoy se llama flujo turbulento.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 350/718
353#
El nEl núúmero demero de ReynoldsReynolds
En el trabajo de Reynolds se demostró que en el flujo laminar , elcomportamiento del fluido esta dominado por las fuerzas viscosas (friccióninterna del fluido) y un análisis de las velocidades locales a través de la tubería
definen un perfil parabólico con una velocidad al centro de la tubería, que es dosveces la velocidad promedio.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 351/718
354#
El nEl núúmero demero de ReynoldsReynoldsEn el flujo turbulento, las fuerzas dinámicas dominan el comportamiento delfluido que provocan la dispersión de la tinta. El perfil es cuadrado y cambia conel cambio de velocidad del fluido y de la viscosidad
Flujo Laminar
Flujo
Flujo Laminar
El número de Reynolds es menor de 2000
Flujo
Flujo TurbulentoEl número de Reynolds es mayor de 4000
Flujo
Flujo Turbulento
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 352/718
355#Flujo de Transición
El número de Reynolds esta entre 2000 y 4000
El nEl núúmero demero de ReynoldsReynolds
Existe una zona de inestabilidad conocida como régimen de transición donde elflujo puede comportarse como laminar o turbulento.El régimen de flujo laminar, turbulento o de transición está definido por el
número de Reynolds (Re número adimensional):
Si Re ≥ 4000 el perfil es cuadrado hacia arriba y el flujo es turbulento.
D
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 353/718
356#
p y j
Si Re ≤ 2000 el perfil es parabólico y el flujo es laminar .
Si 2000 ≥ Re ≤ 4000 , el flujo es de transición
Perfil de flujo y efectos de tuber Perfil de flujo y efectos de tuber ííaa
Los cálculos del número de Reynolds son válidos para perfiles simétricos. Sinembargo, como el flujo se mueve a través de una tubería, los perfiles se
distorsionan o son asimétricos. Un simple codo de 90o, distorsiona el perfil deflujo. Como el flujo se mueve a través del codo, se acelera alrededor y haciafuera de la curva y disminuye su velocidad dentro de la curva. El perfil sedistorsiona con una zona de alta velocidad ocurriendo al otro lado de la línea decentro de la tubería.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 354/718
357#
Perfil de flujo y efectos de tuber Perfil de flujo y efectos de tuber ííaa
Existen algunas recomendaciones de ASME para tubería corriente arriba y corriente abajopara el caso de orificios o toberas de flujo después de un disturbio específico. Gráficassimilares pueden existir para otro tipos de medidores.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 355/718
358#
Acondicionamiento del perfil de flujoAcondicionamiento del perfil de flujo
Idealmente el perfil de flujo lo define el Número de Reynolds y la condición de la paredinterna de la tubería (rugosidad). El perfil puede ser restablecido por acondicionadores deflujo, aunque se deben de utilizar con discreción y sumo cuidado.
Aunque la mayor parte de los acondicionadores de flujo como Sprenkle, Zanker,Mitsubishi y Vortab son efectivos en la eliminación de perfiles de flujo distorsionado,chorros y remolinos persistentes, su principal desventaja es que tienen pérdida de cabeza.
3Zanker
1VORTAB
4Sprenkle
2Mitsubishi
PÉRDIDA DE CABEZALRELATIVO
(4 es el más alto)
ACONDICIONADOR DE FLUJO
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 356/718
359#
Tipos de medidores de flujoTipos de medidores de flujo
Flujo de sólidos disueltos/suspendidos- Inferidos, concentración constante- Calculados, concentración médida
Másico calculado (medición de densidad)
Másico inferido (Densidad constante)
Flujo Volumétrico
Flujo Másico
Clasificación de Medición de Flujo de Fluidos
Volumen a condicionesestándares
Volumen a temperatura base
Gravimétrica (másico)Gravimétrica (másico)
Gravimétrica (másico)Volumen actualVolumen actual
Vapor GasesLíquidos
Unidades de flujo de medición comúnmente usadas
MEDIDORESDE FLUJO
VOLUMÉTRICONI MÁSICO,NI VOLUMÉ-
TRICOMÁSICO
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 357/718
360#
ClasificaciClasificacióón de medidores de flujon de medidores de flujo
MÁSICO VOLUMÉTRICO HÍBRIDO
TÉRMICO
MEDIDORESDE
FLUJO
CAMBIOMOMENTUM
CORIOLIS
ANGULAR LINEAL
AREAVARIABLE
PRESION DIF.VARIABLE
ORIFICIO CODOTOBERA TARGET
VENTURI TUBO DE
FLUJO
LAMINAR
PARTES ENNO MOVIMIENTO
IÓNICO EFECTO
DOPLERINDUCIÓNELECTRO-
MÁGNETICA
TÉRMICO
RESONANCIAMAGNÉTICA
NUCLEARCABEZA
VARIABLE
OSCILACIÓNHIDRODINÁMICA
AC DC
CANAL TOBERAVERTEDERO DESCARGA
FORZADA LIBRESÓNICO LASER MICROONDAS
PARTES ENMOVIMIENTO
TURBINA DESPLAZAMIENTOPOSITIVO
PROPELA
ENGRANE PISTÓNDISCO VELETA
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 358/718
361#KENNISONDE CHORRO
Medidor de flujo tipoMedidor de flujo tipo áárea variablerea variable
Los medidores de área variable, también llamados rotámetros, utilizan el mismoprincipio que los medidores de flujo del tipo presión diferencial; esto es, larelación entre la energía cinética y la energía de presión de un sistema.
En un dispositivo de presión diferencial, el tamaño de la restricción es fija y ladiferencial de presión cambia con respecto a la velocidad del flujo. En losmedidores de área variable, el área de restricción cambia cuando el flujo cambiay la presión diferencial permanece constante.
El rotámetro consiste de un tubo de medicióncónico y un flotador. El fluido circula en formaascendente por el tubo desplazando alflotador que normalmente lleva unas ranurasque dan lugar a que el flotador gire,proporcionando estabilidad y efectos decentrado. Esta rotación es la que le da elnombre de rotámetro. El rotámetro puedecontener una válvula manual para establecer flujos pequeños, y también puede ser utilizadocomo un indicador, transmisor o un
l d d
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 359/718
362#controlador de campo.
Funcionamiento delFuncionamiento del RotRotáámetrometro
Cuando no existe flujo, el flotador descansa en la parte baja del tubo, y al pasar el flujo, hace ascender el flotador hasta que alcanza un equilibrio y la altura delflotador es una indicación del flujo que esta pasando. El cambiar la forma o la
densidad del flotador permite al mismo tubo medir sobre diferentes rangos.
FLUJO
FLUJO
DENSIDAD
VISCOSIDAD
TAPA DEL TUBO
PESO DEL FLOTADOR
PRESIÓN DEL GAS
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 360/718
363#
Funcionamiento delFuncionamiento del RotRotáámetrometro
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 361/718
364#
El tubo delEl tubo del rotrotáámetrometro
El material del tubo puede ser de vidrio, metal y en algunos casos de plástico.
El tubo de vidrio es utilizado para temperaturas de 33 a 250 oF, no se utiliza en
servicios de vapor, con tamañosde hasta 2”. Su mayor desventaja es que eltubo puede romperse.
El tubo metálico se utiliza en mas aplicaciones, de muy altas presiones (hasta6000 psig), muy altas y muy bajas temperaturas (de criogenicas hasta 1000 oF)
y puede ser fabricado de aleaciones especales.
Su escala de lectura es lineal 0-100% y normalmente requiere tablas deió f t d l t
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 362/718
365#conversión o factores de lectura.
Ventajas y limitaciones de un MF deVentajas y limitaciones de un MF de áárea variablerea variable
Sólo manejan fluidos limpios
Las incrustaciones de suciedad pueden volver difícil la lecturaNingún tipo de suministro requerido
Transmisión no disponible como standardRango de flujo 10:1
El costo se incrementa considerablemente con operaciones extras(corazas de protecciones o montaje en tablero)
Baja caída de presión constante
Las unidades en algunos casos son voluminosasRelativamente inmune a los arreglos de tuberíacercanos
Capacidad máxima de flujo limitadaSimple
No es apropiado para altas presionesBajo costo
LIMITACIONESVENTAJAS
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 363/718
366#
Medidor de flujo tipo presiMedidor de flujo tipo presi
óó
n diferencialn diferencial
Este tipo de medidores cambia la velocidad o dirección, provocando una presióndiferencial o “cabezal de presión” en el fluido.
Entre los primeros tipos de medidores de presión diferencial se pueden destacar los siguientes:
•Placas de orificio.•Toberas de flujo.
•Tubo Dall•Tubos Venturi.•Tubos Pitot.•Tubos Annubar.•Codos.
Se estima que actualmente al menos el 75 % de los medidores industriales enuso son dispositivos de presión diferencial, siendo el más popular la placa deorificio.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 364/718
367#
Ventajas de los MF tipo presiVentajas de los MF tipo presióón diferencialn diferencialLas principales ventajas de dichos medidores son:
• Su sencillez de construcción.• No incluye partes móviles.
• Su funcionamiento se comprende con facilidad.
•No son caros, particularmente si se instalan en grandes tuberías y secomparan con otros medidores.
•Pueden utilizarse para la mayoría de los fluidos.
•Hay abundante información sobre sus diferentes usos.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 365/718
368#
Desventajas de los MF tipo presiDesventajas de los MF tipo presióón diferencialn diferencial
Sus principales desventajas son:
•La amplitud del rango de medida es menor que para la mayoría de los
otros medidores.
•Puede producir pérdidas de carga significativas, es decir provocan unacaída de presión alta.
•La señal de salida no es lineal con el flujo.
•Deben de respetarse tramos rectos de tubería corriente arriba y corrienteabajo del medidor que, según la localización de la tubería y los accesoriosexistentes, pueden llegar a ser grandes.
•Pueden producirse efectos de envejecimiento, es decir, acumulación dedepósitos o la erosión de las aristas vivas.
•La precisión suele ser menor que la de medidores más modernos,
especialmente si, como es habitual, el medidor se entrega sin calibrar.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 366/718
369#
Placa de orificioPlaca de orificioLa placa de orificio es el dispositivo de medición de flujo más comúnmenteusado, cuyas características son.
Máxima pérdida de presión permanente.Más fácil de instalar.Fácilmente reproducible.Requiere inspección periódica.
Es el de más bajo costo.Es el dispositivo más conocido.
Este dispositivo mide flujos de líquidos, gases y vapores bajo un amplio rangode condiciones, y consiste básicamente de una placa circular perforada, la cual
se inserta en la tubería y presenta una restricción al paso del flujo, lo quegeneral una presión diferencial en el sistema, la que se mide, y resulta ser proporcional a la magnitud del flujo.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 367/718
370#
371#
Placas de orificio concPlacas de orificio concééntricontrico
La placa de orificio mas común es un disco circular concéntrico, normalmentede acero inoxidable, donde el tamaño del orificio y espesor dependen deltamaño de la tubería y velocidad de flujo. El tipo concéntrico se utiliza cuando el
fluido es limpio. Cuando el fluido a medir en un líquido con gases ó cuando esun gas o un vapor con líquido, la placa tiene un pequeño orificio en la partesuperior o inferior respectivamente.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 368/718
371#
372#
Placa de orificio segmentadoPlaca de orificio segmentado
Existen otros dos tipos de orificios: el orificio segmentado y el orificio excéntrico.
El área del orificio segmentado es equivalente al área del orificio concéntrico. Seusa cuando se requiere eliminar el estancamiento de materiales extraños,instalándose con la secante horizontal y con su sección curva coincidiendo conla superficie inferior de la tubería. Es muy usada para medir vapor húmedo,líquidos con sólidos en suspensión o aceites con agua cuando la medición sehace en tubería horizontal. Cuando el orificio se puede localizar verticalmente,debe cambiarse a orificio concéntrico.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 369/718
372#
373#
Placa de orificio excPlaca de orificio excééntricontrico
En el orificio excéntrico, el orificio es tangente a la superficie superior de latubería cuando el fluido es un gas, y tangente a la superficie inferior cuando esun líquido. Esta placa tiene las mismas ventajas que la segmentada.
El área del orificio segmentado en equivalente al área del orificio excéntrica.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 370/718
373#
374#
Tomas en la placa de orificioTomas en la placa de orificio
Para medir la presión diferencial que origina la placa de orificio, se conectan dostomas, una en la parte anterior y otra en la parte posterior de la placa. Ladisposición de las tomas, puede ser: en las bridas, en la vena contraída y en la
tubería.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 371/718
374#
375#
Perfil de presiPerfil de presióón de las placas de orificion de las placas de orificio
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 372/718
375#
376#
EcuaciEcuacióón de las placas de orificion de las placas de orificioLa relación de proporcionalidad es del tipo cuadrática, en la que el flujo es laraíz cuadrada de la presión diferencial por una constante. El flujo alinteraccionar con la restricción cambia su energía potencial (presión) por
energía cinética (velocidad), describiendo un patrón de flujo muy especial querecibe el nombre de vena contracta.
(1)wh KAQ =
donde:
Q = Flujo.hw = Caída de presión producida por la restricción.
A = Área de la restricción.K = Coeficiente de descarga del sistema.
El teorema de Bernoulli describe el funcionamiento de la placa de orificio,
donde se hace una relación entre la energía potencial, la energía cinética y laspérdidas por fracción del fluido con la tubería y la restricción.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 373/718
377#
FFóórmula de crmula de cáálculo, caso llculo, caso lííquidoquido
La determinación se hará mediante el procedimiento conocido como “MétodoUniversal”. Este método utiliza a la variable “s”, que recibe el nombre de factor de descarga, como una función de β (relación de diámetros), definido por:
donde:
S.- Factor de descarga = flujo real/flujo teórico, que pasa a través del orificio (=) adimensional.Qmed.Gasto máximo correspondiente a la escala total del medidor, en GPM o m3/hr.GL Gravedad específica del fluido a 60º F.N Constante de proporcionalidad, que depende de las unidades usadas.
D Diámetro interno de la tubería en pulgadas o milímetros.hm Rango diferencial de presión máxima del rango seleccionado en “H2O ó mm H2O.Fm Factor de corrección por densidad relativa del líquido de sello (elemento secundario
manómetros de mercurio o medidores de campana)Fa Factor de corrección por expansión del material de la placa.F
p
Factor de corrección por compresibilidad.Fc Factor de corrección por número de Reynolds basada en S.Ft Factor de corrección por temperatura.
pcmat mi
Lmed
F F F F F h ND
GQS
2=
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 374/718
378#
En este caso se hace uso del método conocido como “ especial”, el que sedefine por la siguiente expresión:
donde:
K0β2= Factor de descarga [=] adimensionalQmed= Gasto máximo correspondiente a la escala total del medidor en SCFH a Presión yTemperatura de operación.Pb = Presión base en Psia. ( por ejemplo para Pemex; 1kg/cm 2 ó 14.223 lb/pulg2)Tb = Temperatura base en ºR (por ejemplo para Pemex; 20º C o 528ºR).
Pf = Presión del fluido en Psia.Tf = Temperatura del flujo en ºR.G = Gravedad específica del fluido a P y T de operación.Zb = Factor de compresibilidad del fluido a condiciones base.Zf = Factor de compresibilidad del fluido a P y T de operación.Fr = Factor de corrección por número de Reynolds.
Y= Factor de corrección por expansión del fluido.Fwv = Factor de corrección por humedad del gas.Di F F y h = Definidos anteriormente
f mwvmar
f
b
f
ib
b
med O
P h F F F F Z
Z
GT D
T
P
Q
Υ⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜
⎝
⎛ ⎟ ⎠ ⎞⎜
⎝ ⎛ ⎟⎟ ⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ ⎟ ⎠ ⎞⎜
⎝ ⎛ ⎟⎟ ⎠ ⎞
⎜⎜⎝ ⎛
=Κ 1520
520
73.1417.338
2
2 β
FFóórmula de crmula de cáálculo, caso gaslculo, caso gas
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 375/718
Di, F , F y h Definidos anteriormente.
379#
La metodología empleada en el cálculo de placas de orificio para vapores, essimilar a la desarrollada para gases. Este procedimiento tiene ligerasvariaciones, por lo que a continuación se describe la secuencia de cálculo.
La ecuación que describe el factor de descarga es:
donde:
K0ß2 = Factor de descarga.
Wmed
= Gasto másico máximo del vapor que manejará el medidor [=] Lb/hFf = Densidad del vapor en Lb/Ft
3.= Factor de peso específico del vapor de tabla 26 Spink.
hm, D, Fa, Fr y Y= definidos anteriormente
FFóórmula de crmula de cáálculo, caso vaporeslculo, caso vapores
f r a f m
med O
F F F h D
W
γ β
Υ=Κ
2
2
359
f γ
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 376/718
380#
La cuña, como la placa de orificio, produce una presión diferencial y operalinealmente para números de Reynolds por encima de 500.
Sus aplicaciones típicas son en lechadas y fluidos viscosos (sujeta a limitaciónen el número de Reynolds).
Están disponibles los sellos químicos o conexiones de tipo capilar para ayudar aprevenir el taponamiento de la tubería de impulso.
CuCuñña de flujoa de flujo
ALTA BAJA
FLUJO
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 377/718
381#
La tobera de flujo consiste de una restricción con una sección de contornoelíptica que es tangente a la sección de garganta cilíndrica. Se utiliza paraaplicaciones típicas de alta temperatura, alta velocidad y fluidos con números de
Reynolds de 50,000 y mayores. Sus características son:
• Se utiliza en presión diferencial baja• No se puede remover fácilmente para reemplazarse.• Utilizada para servicio de vapor.
• No recomendado para fluidos con un gran porcentaje de sólidos.
Tobera de flujoTobera de flujo
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 378/718
382#
TuboTubo venturiventuri
El tubo venturi consta de tres partes fundamentales:
a) una sección de entrada cónica convergente en la sección transversaldisminuye, lo que se traduce en un aumento de la velocidad del fluido y unadisminución de la presión;
b) una sección cilíndrica o garganta en la que se sitúa la toma de baja presión, ydonde la velocidad del fluido se mantiene prácticamente constante, y
c) una salida cónica divergente en la que la sección transversal aumenta,
disminuyendo la velocidad y aumentando la presión, permitiendo unarecuperación de la mayor parte de la presión diferencial producida y un ahorrode energía.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 379/718
383#
TuboTubo venturiventuri
El tubo venturi es particularmente recomendable cuando el fluido contienegrandes cantidades de sólidos en suspensión o corrientes de flujo sucias puestoque la entrada lisa permite que el material extraño sea arrastrado y no
acumularse como pasaría en una placa de orificio. Los requerimientos de latubería son similares a los de la placa de orificio.
Con el fin de reducir las pérdidas de carga causadas por una tobera, puede
acoplarse a continuación de la tobera una sección divergente similar a lautilizada para un tubo Venturi, resultando una combinación que se denominaventuri - tobera.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 380/718
384#
TuboTubo venturiventuri
Sus ventajas principales son:
•Se caracteriza por producir una menor pérdidas de presión permanente conrespecto a la placa de orificio y la tobera de flujo.
•Su capacidad de flujo es aproximadamente de un 50% mayor que una placade orificio.
•No está sujeto a obstrucciones por sólidos del fluido debido a su simetría.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 381/718
385#
TuboTubo venturiventuri
Las principales limitaciones de los tubos Venturi son su elevado costo y lalongitud necesaria para su instalación, sobre todo para grandes tamaños detubería.
Sin embargo, debido a su baja pérdida de carga, son justificados en casosdonde tiene que bombearse grandes cantidades de líquido de forma continua.
Cuando la pérdida de carga no es importante, suele prescindirse del tubo
Venturi y sustituirse por una placa de orificio debido a su menor costo y mayor facilidad de instalación y mantenimiento.
flujo
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 382/718
386#
TuboTubo dalldall
El tubo Dall consiste de un cuerpo cilíndrico de longitud relativamente corta yque es paralelo en dirección a la tubería seguido por la convergencia de uncono corriente arriba y un cono divergente corriente abajo, y una pequeña
abertura entre los dos cono que permite al fluido llenar el espacio formado por lapared externa del tubo Dall y la tubería.
Este elemento, por sus características de diseño, no es recomendable para lamedición de fluidos que contengan sólidos en suspensión.
La ventaja principal de este tubo es su caída de presión permanenteaproximada que es de 2.5 a 6% de la diferencial medida, contra un 10 a 14 %para el mismo fluido en un tubo Venturi.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 383/718
387#
Diferentes diseDiferentes diseñños de tubos de flujoos de tubos de flujo
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 384/718
388#
PPéérdida de presirdida de presióón de los diferentes medidoresn de los diferentes medidores
de flujo de preside flujo de presióón diferencialn diferencial
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 385/718
389#
TuboTubo pitotpitot
El tubo de Pitot es quizá la forma más antigua de medir la presión diferencial ytambién conocer la velocidad de circulación de un fluido en una tubería. Estaforma más sencilla consta de un pequeño tubo con la entrada orientada encontra del sentido de la corriente del fluido. La velocidad del fluido en la entradadel tubo se hace nula, al ser un punto de estancamiento, convirtiendo suenergía cinética en energía de presión, lo que da lugar a un aumento de presióndentro del tubo Pitot.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 386/718
390#
TuboTubo pitotpitot
En la práctica se emplea un diseño con dos tubos concéntricos, uno interior queactúa como el tubo Pitot y el exterior como un medio de medir la presiónestática.
Los tubos de Pitot son instrumentos sencillos, económicos, con una caída depresión baja y disponibles en un amplio margen de tamaños. Si se utilizanadecuadamente pueden conseguirse precisiones moderadas y, aunque su usohabitual sea para la medida de la velocidad del aire, se usan también, con la
ayuda de una técnica de integración, para indicar el caudal total en grandesconductos y, prácticamente, con cualquier fluido.
Probablemente la principal desventaja sea su dificultad para medir bajasvelocidades del aire. Para líquidos quizás el principal problema sea la rotura de
la sonda. En el tubo pitot sencillo, la colocación es muy crítica. Si el flujo esta enel extremo inferior del perfil turbulento, la diferencia en velocidad que atraviesael flujo requerirá que se inserte el flujo donde se pueda determinar quevelocidad se esta midiendo.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 387/718
391#
Arreglos de tubosArreglos de tubos pitotpitot
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 388/718
392#
TuboTubo annubar annubar
El tubo annubar es una innovación del tubo de pitot.
Cuenta con tubo exterior, situado a lo largo de un diámetro transversal de la
tubería, y dos tubos interiores. El tubo exterior presenta cuatro orificios en lacara aguas arriba de la corriente, que utiliza para interpolar los perfiles develocidad y realizar un promedio, y otro orificio en el centro del tubo pero en lacara aguas debajo de la corriente.
De los tubos que están en su interior, uno sirve para promediar las presionesobtenidas en los cuatro orificios, midiendo la presión total, mientras que el otrotubo, que se encuentra en la parte posterior, mide la presión estática en elorificio central aguas debajo de la corriente.
Existen diferentes tipos de tubos annubar, cuya selección depende del tamañode la línea y su aplicación.
El tubo annubar tiene mayor precisión que el tubo de pitot, así como una bajaperdida de carga, utilizándose para la medida de pequeños y grandes flujos defluidos.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 389/718
393#
TuboTubo annubar annubar
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 390/718
394#
CodosCodos
Cuando un fluido circula por el codo de una tubería, está sujeto a unaaceleración angular. La fuerza centrífuga resultante crea una presión diferencialentre el radio interior y el radio exterior. La raíz cuadrada de esta presión
diferencial es proporcional al flujo, siendo la base fundamental de estosmedidores de flujo.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 391/718
395#
CodosCodos
Las tomas en el codo presentan la ventaja de que como la mayoría de lasconfiguraciones de tuberías tienen codos, pueden situarse en ellos las tomas de
presión. Esto permite una instalación económica, sin perdidas de presión, y sinintroducir obstrucciones en la línea.
Debe ponerse especial cuidado para alinear los orificios de las tomas de presiónen ambos planos. Si el codo esta calibrado, su precisión puede ser comparable
a la de una placa de orificio
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 392/718
396#
Transmisores de orificio integralTransmisores de orificio integral
El medidor de flujo conorificio integral se aplicaprincipalmente en la
medición de caudales muypequeños, en laboratorios yplantas piloto.
Generalmente se utiliza una
placa con un orificio entre0.020 y 0.350 pulgadaspara tamaño 1/2", 0.242 y0.832 para 1", 0.382 y 1.18para 1 1/2" de diámetro, elcual restringe el paso delflujo; la placa se encuentramontada y conectada a untransmisor de presión
diferencial.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 393/718
397#
Orificios de restricciOrificios de restriccióónn
Los orificios de restricción se usan para regular flujos no críticos tales comopurgas. Los tamaños grandes de 4” son montadas entre bridas, y los
tamaños pequeños de 1” son montados en unión.
El cálculo de líquido esta basado sobre el procedimiento dedimensionamiento de orificios, con un ajuste para la recuperación depresión.
Para el cálculo de gas se supone flujo sónico, es decir la presión dedescarga es menos que la mitad de la presión de entrada absoluta. Si esteno es el caso, se utiliza la ecuación para cálculo de orificios para gas.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 394/718
398#
Medidor de flujo tipo cono en VMedidor de flujo tipo cono en V
El medidor de flujo de presión diferencial V-Cone, utiliza tecnologíapatentada que mide el flujo en forma precisa a través de una amplia gamade números de Reynolds, bajo todo tipo de condición y para una variedad
de fluidos.
Opera basándose en el el teorema de conservación de la energía del flujode fluidos a través de un tubo.
El desempeño del V-Cone es por mucho mejor, ya que incluye cono centralen el interior del tubo. El cono interactúa con el flujo del fluido, modificandoel perfil de velocidad del mismo para crear una región de presión mas bajainmediatamente de aguas abajo del mismo. Presenta baja caída depresión, es mas estable con un amplio rango de materiales y susaplicaciones son para líquidos, gas y vapor.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 395/718
399#
Medidor de flujo tipo cono en VMedidor de flujo tipo cono en V
Una de las tomas se coloca inmediatamente corriente arriba del cono y laotra se coloca en la cara orientada corriente abajo. Después la diferencia depresión se puede incluir en una derivada de la ecuación de Bernoulli paradeterminar el régimen de flujo. La posición central del cono en la línea
optimiza el perfil de velocidad de flujo en el punto donde se hace lamedición, asegurando mediciones de flujo altamente precisas y confiables,sin importar la condición de flujo aguas arriba del medidor
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 396/718
400#
Medidores de flujo de velocidadMedidores de flujo de velocidad
Los cuatro medidores de flujo de tipo velocidad más comunes son:
•Medidor magnético
•Vortex
•Turbina
•Ultrasónico
La medición del flujo se infiere a traves de la ecuación de continuidad,convirtiendo la velocidad promedio de flujo, en flujo volumétricoconsiderando el área constante.
AV Q ⋅=2r A ⋅= π
Q gpm = (2.448) x (d 2, in) x (v, ft/s)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 397/718
401#
Medidores de flujo magnMedidores de flujo magnééticosticos
El medidor de flujo magnético se basa en la Ley de Faraday de inducciónelectromagnética, la cual establece que un voltaje puede ser inducido en unconductor en movimiento a través de un campo magnético.
La magnitud de voltaje inducido E es directamente proporcional a lavelocidad del conductor V, al diámetro D del conductor y a la fuerza decampo magnético B.
V D Bk E ⋅⋅⋅=
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 398/718
402#
Cuando el par de bobinas es energizada, se genera un campo magnético, elcual debe ser perpendicular al eje del líquido conductor y al plano de loselectrodos. El líquido debe considerarse como un número infinito deconductores moviéndose a través del campo magnético y contribuyendocada elemento al voltaje generado. El fluido debe tener alguna conductividadmínima ya que actúa como un conductor.
V D Bk E ⋅⋅⋅=
Medidores de flujo magnMedidores de flujo magnééticosticos
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 399/718
403#
Caracter Caracter íísticas de los MF magnsticas de los MF magnééticosticos
-Mide flujo volumétrico.
-No tiene partes en movimiento.
- Mide flujo de líquidos con partículas de sólidos en movimiento o lodos.
- Alta exactitud y repetibilidad sobre diferentes rangos (+/- 0.25% deexactitud y 0.2 % de repetibilidad).
-Alta confiabilidad por no tener partes en movimiento.
- Aire en el líquido no daña el sensor.
- Mantiene su precisión con el tiempo.
- No depende del número de Reynolds
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 400/718
404#
- Los tamaños de tubería normalmente son de ½” hasta 12”.-• La presión de diseño menor de 580 psig (40 bar)
• La temperatura de diseño menor de 200 oC (392 oF)
• El rango del flujo es desde 0.01 hasta 100,000 GPM.- 3 to 6 ft/s para fluidos viscosos, lodos abrasivos
- 5 to 10 ft/s para fluidos con baja viscosidad y lodos con solidos- 6 to 20 ft/s para fluidos limpios
Caracter Caracter íísticas de los MF magnsticas de los MF magnééticosticos
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 401/718
405#
Aplicaciones de los medidores magnAplicaciones de los medidores magnééticosticos
Estos medidores se aplican ampliamente en:
- Líquidos mezclados con agua,
- En el manejo de pasta,- En procesos altamente corrosivos,- En plantas de tratamiento de efluentes (industrias de desechos),- En plantas de papel,- En la industria del grano (maíz, cereal),
- En la industria de resinas, pinturas,- En la medición de productos viscosos,- En la industria de alimentos (leche, mezclas de helados, industria decerveza, café, salsas, etc) y- en donde la medición de flujo de proceso es díficil
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 402/718
406#
Medidor tipoMedidor tipo VortexVortex
El medidor tipo Vortex es un ejemplo de un medidor de flujo oscilatorio. Abaja velocidad, el modelo del flujo permanece alíneado, sin embargoal incrementar la velocidad, el fluido se separa de cada lado del cuerpo y se
arremolina formando vórtices (torbellinos) corriente abajo del cuerpo. Elnúmero de vórtices generados es directamente proporcional a la velocidaddel fluido.
El Vortex crea una señal pulsante el cual puede ser medido.
Flow
Meter
Bore
High Velocity Fluid
AlternateVortices
Shear Layer
StillFluid
FLUJO
FLUIDOFIJO
ALTA VELOCIDAD DE FLUIDO
VORTICESALTERNADOS
CUERPO DEL
MEDIDOR
CAPA DEINICIO
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 403/718
407#
Medidor de flujo tipo turbinaMedidor de flujo tipo turbina
Un medidor de flujo tipo turbina es aceptado ampliamente como una tecnologíaprobada que es aplicable para medir flujo con una alta exactitud y repetibilidad yconsiste de un sensor para detectar la velocidad real de un líquido que fluye por un conducto. La movilidad del líquido ocasiona que el rotor se mueva a una
velocidad tangencial proporcional al flujo del volumen. El movimiento del rotor puede ser detectado mecánica, óptica o eléctricamente, registrándose elmovimiento del rotor en un sistema lector externo.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 404/718
408#
Medidor de flujo tipo turbinaMedidor de flujo tipo turbina
Los medidores para gas y para líquido funcionan bajo el mismo principio. Lasección transversal de un medidor de turbina típico para líquidos consta deuna longitud de tubería en el centro de la cual hay un rotor de paletasmúltiple, montado sobre cojinetes, para que pueda girar con facilidad, y
soportado corriente arriba ycorriente abajo por undispositivo centrado tipocruceta que, habitualmente,
incorpora un enderezador dela vena fluida.
La energía cinética del fluidocirculando hace girar el rotor
con una velocidad angular que, en el margen lineal delmedidor, es proporcional a lavelocidad media axial delfluido y, por tanto, al flujo
volumétrico.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 405/718
409#
Medidor de flujo tipo turbinaMedidor de flujo tipo turbina
Los medidores de turbina para gas o líquido difieren fundamentalmente en eldiseño del rotor. Una salida mediante impulsos eléctricos se produce cuandose detecta el paso de cada paleta alrededor de uno o más sensores situadosen el campo del medidor. El punto más débil en un medidor de turbina paralíquidos son los cojinetes, ya que tienen que soportar el peso del rotor.
Algunas turbinas proporcionan unafrecuencia de la señal de salidaque varía linealmente con el caudal
volumétrico sobre rangos de flujoespecificados.La bobina colectora o sondaconvierte la velocidad del rotor auna señal de frecuencia
equivalente.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 406/718
410#
InstalaciInstalacióón del MF tipo turbinan del MF tipo turbina
0.0151 ½ “ a 3”
0.0085/8 a 1 ¼ “
0.00551/4 a 1/2”
Tamaño máximo de partícula enpulgadas
Tamaño del medidor
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 407/718
411#
AplicaciAplicacióón del MF tipo turbinan del MF tipo turbina
Una turbina es una unidad versátil; ésta soporta un rango extremadamente altoa presiones y temperaturas, y debido a que está fabricada de acero inoxidablees compatible con una amplia gama de fluidos. Sin embargo, los fluidos debende ser relativamente limpios y no deben ser productos de alta viscosidad.
Una limitación potencial de los medidores tipo turbina es que estos tienen uncomponente móvil –el rotor- y un cojinete que esta sujeto a desgaste. Medianteel uso de cojinetes de carburo de tungsteno, se puede lograr que éstos tengan
una vida útil de más de 5 años sin mantenimiento y sin necesidad de laaplicación de líquidos lubricantes.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 408/718
412#
Ventajas y limitaciones de los MF tipo turbinaVentajas y limitaciones de los MF tipo turbina
En su instalación es obligatorio utilizar filtrosFácil instalación
Pueden diseñarse para cumplir requerimientos dehigiene
Sus requerimientos de contrapresión son altosAlta confiabilidad (con un solo componente móvil)utilizado en transferencia de custodia
El componente móvil es sujeto a desgasteSalida digital y lineal
Afectados por las condiciones del flujo corriente arribaRespuesta rápida
Requieren indicación secundariaTamaño pequeño y peso ligero
Relativamente carosAmplia disponibilidad de tamaños
Pueden dañarse por sobrevelocidades y gasificaciónVersátil, conveniente para operación bajocondiciones severas
Calibración requeridaRango de flujos de 10:1
No convenientes para altas viscosidadesSon utilizados frecuentemente como medidores deflujo maestros debido a su excelente repetibilidad.
LIMITACIONESVENTAJAS
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 409/718
413#
Medidor de flujo tipo ultrasMedidor de flujo tipo ultrasóóniconico
Los medidores de flujo tipo ultrasónico como su nombre lo indica, miden el flujopor medición de energía u onda ultrasónica en sistemas cerrados.
Existen dos tipos:
-Medidor ultrasónico de tiempo transitorio o por impulsos y
- Medidor ultrasónico por efecto Doppler
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 410/718
414#
Medidor de flujo ultrasMedidor de flujo ultrasóónico de tiempo transitorionico de tiempo transitorioEl medidor ultrasónico de tiempo transitorio o por impulsos son los más precisosy se utilizan preferentemente con líquidos limpios, aunque algunos permitenmedir con cierto contenido de partículas (lodos orgánicos), gas y un % deburbujeo .
El método de medida es una diferencial por tiempo de tránsito, es decir, mide elflujo tomando el tiempo que tarda la energía ultrasónica en atravesar la secciónde tubería con y contra el flujo de líquido en la tubería.
Este método se basa en un hecho físico. Si se imaginan dos canoasatravesando un río sobre una misma línea diagonal, una en el sentido del flujo y
la otra en contraflujo, la canoa que se desplaza en el sentido del flujo necesitarámenos tiempo en alcanzar su objetivo.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 411/718
415#
Medidor de flujo ultrasMedidor de flujo ultrasóónico de tiempo transitorionico de tiempo transitorioLa diferencial se puede referenciar al tiempo y a la frecuencia para calcular lavelocidad de flujo.
2cos
2At
t N V ⋅
Δ⋅= θ
donde tA es el tiempo promedio detránsito
θ cos
2
⋅⋅Δ=N
f V
donde ∆f es generadapor dos osciladores
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 412/718
416#
Medidor de flujo tipo ultrasMedidor de flujo tipo ultrasóónico tiponico tipo Doppler Doppler
El efecto Doppler puede entenderse fácilmente si se considera el cambio que seproduce en la frecuencia cuando un tren se mueve hacia una persona con subocina sonando, cuando el tren se acerca, el nivel de volumen de la bocina esmás alto, ya que las ondas sonoras son mas próximas, que si el tren estuvieraparado. Cuando el tren se aleja, aumenta el espaciamiento, dando un nivel mas
bajo. Este cambio aparente de frecuencia se denomina Efecto Doppler y esdirectamente proporcional a la velocidad relativa entre el objeto móvil, el tren yla persona.
El medidor de flujo de efecto Doppler utiliza este concepto al proyectar una onda
ultrasónica en un ángulo a través de la pared de la tubería en un fluido enmovimiento con partículas, por un cristal transmisor. Parte de la energía esreflejada por las burbujas del líquido hacia un cristal receptor.
FLOWPROFILE
VF
RECEIVE
TRANSMITSIGNAL
TRANSMITZONEOF
REFLECTIONIN STABLE
VELOCITYREGION
TRANSMITESEÑAL
TRANSMITE
RECIBE
PERFIL DEFLUJO
ZONA DEREFLEXIÓNEN REGIÓN
DE VELOCIDADESTABLE
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 413/718
417#
Medidor de flujo tipo ultrasMedidor de flujo tipo ultrasóónico tiponico tipo Doppler Doppler Debido a que los reflectores viajan a la velocidad del fluido, la frecuencia de laonda reflejada presenta un corrimiento o esta desviada de acuerdo al principioDoppler. De acuerdo a lo anterior, se tiene gran parte de su aplicación paramedir fluidos con altos niveles de concentración de sólidos (0.2% a 60%
sólidos).
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 414/718
418#
La temperatura de diseño va desde -60 ºC a 260 ºC.
La presión de diseño no esta limitada.
Los rangos de flujo velocidad van desde 0.2 ft/seg. a 60 ft/seg.
Caracter Caracter íísticas del MF ultrassticas del MF ultrasóónico tiponico tipo Doppler Doppler
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 415/718
419#
La rangeabilidad de este tipo de medidores de ultrasonido no es una limitante.Puede manejar doble flujo y se puede cambiar de tubería.
Los tamaños de tubería son desde ½ ” hasta 72 “ con una´exactitud de 0.5 a
1%, una exactitud de calibración de 0.10 a 0.25% y, repetibilidad de 0.05%.
El costo de instalación arriba de 6" de tamaño de línea es bajo comparado conuna placa de orificio, turbina, medidor de flujo magnético, venturi, vortéx.
Su mayor ventaja es que no tiene partes móviles y se utiliza en tuberíasgrandes, fluidos corrosivos y peligrosos y servicio sin revestimiento.
Caracter Caracter íísticas del MF ultrassticas del MF ultrasóónico tiponico tipo Doppler Doppler
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 416/718
420#
Medidores de flujo mMedidores de flujo máásicosico
• a) ¿Qué es flujo másico?
Flujo másico = Masa / Tiempo
Ejemplos de unidades :Pounds / minuto (Lb/min)
Kilogramos / hour (Kg/hr)
Gramos / second (gr/sec)
b) ¿Que es flujo volumétrico?
Flujo volumétrico = Volumen / Tiempo
Ejemplos de unidades:- Litros / minuto (LPM)
- Galones / minuto (GPM)
- Pie cúbico / hora (Ft3/Hr)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 417/718
421#
Medidores de flujo mMedidores de flujo máásicosico
c) ¿Que es Flujo volumétrico corregido?
Flujo volumétrico corregido = Densidad x Volumen / Tiempo = flujo másico
Ejemplos de Unidades de Flujo Volumétrico Corregido:- Litros standard/ minuto (SLPM)
- Centímetro cúbico standard / minuto (sccm)
- Pie cúbico standard / hora (SCFH)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 418/718
422#
Medidores de flujo mMedidores de flujo máásicosico
• La densidad de un fluído varía con los cambios en temperatura y presión:
– Densidad = f (fluído, T, P)
• Debido a esta variación, se utilizan condiciones normalizadas para calcular la densidad.
• Condiciones normalizadas de Presión y Temperatura:
– Presión Standard – 14.7 psia = 760 torr = 1 atm
– Temperatura Standard – Industrial - 70 oF – Semiconductor - 0 oC – Otras, definidas por el usuario
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 419/718
423#
Medidores de flujo mMedidores de flujo máásicosico
• Flujo másico = densidad x Volumen / tiempo
• Para medición de flujo másico se debe considerar:
– Tipo de fluido, Temperatura y Presión deben ser conocidas y consideradas
SCFM = ACFM x ( P / 14.7 ) x ( 530 / T )
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 420/718
424#
Medidores de flujo mMedidores de flujo máásicosico
Los medidores de flujo másico, desarrollados en los años 80’s, miden lamasa directamente utilizando propiedades de la masa, opuestos a aquellosque miden volumen o velocidad.
Tienen amplia gama de aplicaciones debido a que su medición esindependiente del cambio de parámetros del fluido, sin necesidad derecalibrar o compensar los parámetros específicos del fluido. Muchas de lasotras tecnologías son afectadas por cambios en la densidad del fluido,viscosidad, presión y/o temperatura.
Básicamente existen dos tipos :
• Medidor de flujo másico tipo Coriolis
• Medidor de flujo másico tipo térmico
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 421/718
425#
Medidor de flujo mMedidor de flujo máásico tiposico tipo CoriolisCoriolis
Gustave Gaspard Coriolis (1792-1843) fué un ingeniero y matemático quedescribió la fuerza Coriolis por primera vez en 1835 (“Sur les equations dumouvement relatif des systemes de corps”). La aceleración Coriolis sedefine como:
en el que los vectores F es la fuerza, w es sumovimiento angular y v la velocidad; m es lamasa a ser aplicada a un punto conocido a unadistancia L, desde los ejes 0,0.
Esta ecuación es equivalente a la segunda leyde Newton F=ma, para movimiento rotacional
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 422/718
426#
Principio de funcionamientoPrincipio de funcionamiento CoriolisCoriolis
El medidor Coriolis opera bajo el principio básico de movimiento mecánico.El elemento sensor es un tubo vibrante en el cual se crea y se mide laaceleración Coriolis, soportado sobre un eje de soporte y un eje par.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 423/718
427#
El fluido en movimiento pasa a través de un tubo de flujo vibrando, y forzandoa tomar una aceleración conforme este se mueve hacia el punto del pico deamplitud de vibración. A la inversa, el fluido desacelera conforme se muevelejos desde el punto pico de amplitud hasta que sale del tubo.
Principio de funcionamientoPrincipio de funcionamiento CoriolisCoriolis
Fuerza Coriolis (Entrada)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 424/718
428#
El resultado de fuerzas es una reacción en doble sentido del tubo del flujodurante las condiciones del flujo, mientras este atraviesa cada ciclo devibraciones. La torsión es sensada por bobinas que miden la posición en cadalado del tubo de medición. El medidor Coriolis ha probado se uno de los
medidores disponibles más exactos y si se un medidor “másico” donde no esnecesaria una conversión, su rendimiento es incomparable.
Principio de funcionamientoPrincipio de funcionamiento CoriolisCoriolis
+150 mV
-150 mV
ΔT = 0
Frecuencia = DensidadSensor 2Sensor 1
ΔT= Flujo másico
Condiciones de flujo+150 mV
-150 mV
ANGULO DETORSIÓN
ANGULO DETORSIÓN
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 425/718
429#
Medidores de flujo mMedidores de flujo máásico tipo tsico tipo téérmicormico
Los medidores de flujo másico tipo térmico son aplicados para la industriadel petróleo, procesos químicos, tratamiento de agua, generación deelectrodo de plantas nucleares, en la electrónica para la manufactura decircuitos integrados, etc. Se utiliza para la medición de líquidos y gases.
Este tipo de medidores depende de las variaciones de una o mascaracterísticas térmicas de fluidos, como una función de flujo.Existen dos tipos de estos medidores:
- Aquellos que miden la relación de pérdidas de calor a corriente de flujo y
- Los que miden la elevación de temperatura de la corriente de flujo
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 426/718
430#
Medidores de flujo mMedidores de flujo máásico tipo tsico tipo téérmicormico
Medidor de flujo másico de elevación de temperatura a corriente de flujoTípicamente se mide la diferencia de temperatura a los cambios de flujo através de un tubo calentado
donde:
Thomas, inicialmente considero un gran tubo , con una malla calentada en elcentro del tubo y termometros arriba y debajo de la malla, con muchoconsumo de potencia
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 427/718
431#
Medidores de flujo mMedidores de flujo máásico tipo tsico tipo téérmicormico
Posteriormente Laub propuso un diseño en la que el calentador y los termómetrosson situados sobre la superficie exterior del tubo.
El calor es transferido a través de la pared de la tubería y calentando solamente la
capa delgada de gas próxima a la pared
entrada
salida
T3
T3
T4
T4
T1T2
T2
T1
Calentador
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 428/718
432#
Componentes del MF mComponentes del MF máásico tsico téérmicormico
Los componentes básicos de un controlador de flujo másico térmico son:a) Sensor b) Cuerpo/Restrictor
c) Circuito electrónicod) Válvula/orificio
Circuitoelectrónico
Sensor
Cuerpo
Flujo
Restrictor
Válvula
Orificio
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 429/718
433#
Funcionamiento del MF mFuncionamiento del MF máásico tsico téérmicormico
El elemento sensor, no es un medidor de flujo másico, ya que solodetecta la diferencia de temperatura debida al flujo y aprovecha estamedición para determinar el flujo másico
Calor
T1 T2
Sensor
T1Temperatura de
entrada alSensor
Calentador
Flujo
Puente para ladetección de
T
T2Temperatura de
salida delsensor
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 430/718
434#
Funcionamiento del MF mFuncionamiento del MF máásico tsico téérmicormico
Las curvas de respuesta del medidor son las siguientes:
Temperatura (oC)
Flujo (sccm)
0
20
60
40
80
20 6040 800 100
Salida del sensor
Entrada al sensor
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 431/718
435#
Caracter Caracter íísticas del MF msticas del MF máásico tsico téérmicormico
• Medición y control de flujo másico.
• Principio de operación termodinámico mediante unadiferencial de temperatura proporcional al flujo,sensada a través de un circuito puente.
• Precisión de +-1% E.T.
• Manejo de señales estándar.
• Control local y remoto.
• Fácil mantenimiento.
• Requiere una fuente de voltaje.
• Salida lineal.
• Requiere calibración para cada gas.
• Sensible por el uso de capilar.
• Suministro +- 15VCD
• Salida de 0-5 VCD
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 432/718
436#
MF de desplazamiento positivoMF de desplazamiento positivo
Un medidor de desplazamiento positivo es aquel dispositivo que mide lacantidad de fluido que circula por un conducto, dividiendo el flujo en segmentosvolumétricos conocidos, aísla el segmento momentáneamente, y lo regresaradespués a la corriente de flujo mientras tanto va contando el número de
desplazamientos.
Un medidor de desplazamiento positivo puede ser dividido en tres componentesbásicos:
- La caja externa, que se encuentra llena de fluido
- El desplazador, que bajo la acción del fluido circulante, transfiereel fluido desde el final de una cámara a la siguiente, y- El tren de accionamiento indicador o registrador para contar .
La caja externa es un recipiente a presión que contiene los productos a ser medidos y puede ser de construcción sencilla o doble, con la caja simple,teniendo la caja y las paredes de la cámara de medición como unidad integral.Con la construcción de doble caja, la caja externa es separada de la unidad de
medición y sirve solo como un recipiente a presión.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 433/718
437#
Tipos de MF de desplazamiento positivoTipos de MF de desplazamiento positivo
Dentro de los diferentes tipos de medidores de desplazamiento positivo paralíquidos, se consideran los siguientes:
- Medidor tipo pistón oscilatorio
- Medidor de paletas deslizantes o veleta móvil- Medidor de engranajes, que consideran los de rueda oval y los helicoidales
M did d Pi tM did d Pi tóó il til t
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 434/718
438#
Medidor de PistMedidor de Pistóón oscilanten oscilante
Este medidor consiste de un pistón hueco montado excéntricamente dentro deun cilindro. El cilindro y el pistón tienen la misma longitud, pero el pistón tien undiámetro mas pequeño. El pistón, cuando circula flujo, oscila alrededor de unpuente divisor, que separa la entrada de la salida del líquido.
M did d l t d li tM did d l t d li t
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 435/718
439#
Medidor de paletas deslizantesMedidor de paletas deslizantes
Consta de un rotor con unas paletas, dispuesta en parejas opuestas, que sepueden deslizar libremente hacia adentro y hacia fuera de su alojamiento. Losmiembros de las paletas opuestas se conectan rígidamente mediante varillas, yel fluido circulando actúa sobre las paletas sucesivamente, provocando el giro
del rotor.Mediante la rotación, el líquidose transfiere de la entrada a lasalida, a través del espacioentre las paletas y mediante el
conteo de revoluciones, sedetermina la cantidad de flujoque ha pasado
Se utilizan para medir líquidos
de elevados costos, siendoinstalados generalmente encamiones cisterna para ladistribución de combustible yes ampliamente usado cuando
se requiere exactitud.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 436/718
440#
Medidor de engranes de rueda ovalMedidor de engranes de rueda oval
Este medidor consta de dos ruedas ovales que engranan entre si y tienen unmovimiento de giro debido a la presión diferencial creada por el flujo de líquido.La acción del líquido actúa de forma alterna sobre cada una de las ruedasdando lugar a un giro suave de un par prácticamente constante y preciso, para
reducir el rozamiento.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 437/718
441#
Medidor de engranes tipo helicoidalMedidor de engranes tipo helicoidal
Funciona de manera similar al anterior y su principal ventaja de ambos es quesu medición es independiente prácticamente de las variaciones de densidad yde la viscosidad del líquido.
Medidor tipo pistMedidor tipo pistóón oscilanten oscilante
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 438/718
442#
Medidor tipo pistMedidor tipo pistóón oscilanten oscilante
Funciona en base al movimiento de un pistón a través de una válvula dedeslizamiento.
Estos son utilizados para agua doméstica y tiene capacidad para manejar fluidos limpios, viscosos y corrosivos. La exactitud es de + 1.0% y en algunos
rangos su mejor exactitud es de + 0.2%.
C tC t íí ti d t i t d l MF dti d t i t d l MF d
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 439/718
443#
Caracter Caracter íística de comportamiento del MF destica de comportamiento del MF de
desplazamiento positivodesplazamiento positivoLos medidores de desplazamiento positivo presentan resistencia a la fricción, lacual tiene que ser vencida por el fluido circulante. Para flujos bajos, el flujo notiene energía cinética suficiente para hacer girar el rotor y la resistencia delmecanismo, por lo que el fluido se desliza lentamente entre los componentes y
el error es grande.
Sin embargo, cuando el flujo aumenta, el error disminuye ya que la energíacinética aumenta con el cuadrado de la velocidad hasta alcanzar el equilibrio.
Ventajas y limitaciones de los MF tipoVentajas y limitaciones de los MF tipo
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 440/718
444#
Ventajas y limitaciones de los MF tipoVentajas y limitaciones de los MF tipodesplazamiento positivodesplazamiento positivo
Alta pérdida en la diferencialAlta resolución
Resultan dañados con las sobrevelocidadesAmplio rango de flujo
Largos y voluminosos para grandes diámetrosLectura local con opción a transmisión por pulsos
Limitada disponibilidad de tamañosLectura directa en unidades volumétricas
Refacciones costosasNo requiere suministro eléctrico ni fuente dealimentación
Instalación díficilExactitud virtualmente insensible a las condicionescorriente arriba de la tubería.
Caros, particularmente para grandes diámetrosPueden absorver grandes cambios de viscosidad
Inconveniente para líquidos sucios, no lubricantes oabrasivos
Adecuados para fluidos de alta viscosidad
Mantenimiento requerido regularmenteMuy buena repetibilidad
Componentes móviles sujetos a desgasteBuena exactitud y rangeabilidad
LIMITACIONESVENTAJAS
Medidor de flujo tipoMedidor de flujo tipo targettarget
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 441/718
445#
Medidor de flujo tipoMedidor de flujo tipo targettarget
Cuando el flujo pasa un obstáculo en la tubería, con fuerza, comúnmentereferida como arrastre, está generalizado un empuje o arrastre del obstáculo enla dirección del flujo. Semejante a un obstáculo no soportado a la izquierda
puede ser llevado fuera con el fluido. Si de otra manera el obstáculo fuerarestringido por una fuerza igual y opuesta al arrastre, la magnitud de la fuerzapuede ser usada para determinar la relación del flujo.
Hay dos contribuyentes primarios para el arrastre:
-La fuerza generada por la viscosidad del fluido conforme se desliza por elobstáculo, llamado fricción de arrastre, y tiene su principal influencia cuando elmedidor de flujo está operando en el régimen de flujo laminar.
- La fuerza resultante de la diferencia entre la presión inmediatamente corrientearriba e inmediatamente corriente abajo del obstáculo, llamada presión dearrastre. Para flujos turbulentos, la presión de arrastre es el primer contribuyenteal arrastre total sobre el obstáculo.
Principio de operaciPrincipio de operacióón del MF tipon del MF tipo targettarget
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 442/718
446#
Principio de operaciPrincipio de operacióón del MF tipon del MF tipo targettarget
En el medidor tipo Target, un target (paleta o disco circular) física es montadoconcéntricamente en la tubería y localizada directamente en el flujo del fluido.
La deflexión del target y la fuerza en la barra es medida por el instrumento.
Medidor de flujo tipoMedidor de flujo tipo targettarget
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 443/718
447#
Medidor de flujo tipoMedidor de flujo tipo targettarget
CaracterCaracteríísticas del MF tiposticas del MF tipo targettarget
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 444/718
448#
Caracter Caracter íísticas del MF tiposticas del MF tipo targettarget
Su mejor campo de aplicación se halla en la medición de flujo en fluidoslíquidos, gases, vapores, sucios, lodos diluidos (slurries), fluidos de altaviscosidad, corrosivos o con sólidos en suspensión, particularmente donde las
características del fluido excluye el uso de medidores con tomas de presión opartes en movimiento.
La versatilidad y el bajo costo de instalación hace que el medidor de flujo tipoTarget un candidato a muchas aplicaciones díficiles de medición de flujo.
El tamaño del orificio total, en medidores en línea, puede ser instalado encualquier tamaño. El tubo target esta disponible desde ½” hasta 6”. La versióninserción para tamaños de línea grande esta también disponible.
El tipo de montaje limita el rango de presión. El tipo strain gage se utiliza en tresrangos de presión: 1000, 5000 y 10,000 PSIG y también en tres rangos detemperatura: -65° a +425° F, -65° a +500° F, y -320° a +250° F.
Medidor tipo CanalMedidor tipo Canal ParshallParshall
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 445/718
449#
Medidor tipo CanalMedidor tipo Canal ParshallParshall
Este medidor de canal abierto consiste de tres secciones: una sección degarganta y una sección divergente. El caudal a través del canal es una funcióndel incremento de velocidad y del nivel del líquido a través del canal. El canalParshall es uno de los tipos más comúnmente utilizados medidores de canal
abierto.Debe mantenerse limpio, los sólidos grandes pueden bloquear el fondo delcanal provocando error en la medición.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 446/718
450#
Lista de factores de selecciLista de factores de seleccióón del medidor de flujon del medidor de flujo
1. ¿Es la medición másica o volumétrica?2. ¿Es requerida velocidad de flujo o totalización?3. ¿Qué señal es requerida?4. ¿Qué desplegado es necesario?5. ¿Es el fluido corrosivo o pasivo?6. ¿Cuales son las restricciones ambientales?7. ¿Es el fluido limpio o sucio?8. ¿Qué tipo de suministro eléctrico se requiere?
9. ¿Cuál es el rango requerido, relación de flujo máximo a flujo mínimo?10.¿Qué funcionalidad (exactitud) es necesaria?11.¿Cual es el costo? (costo del hardware y/o costo total de permiso de
licencia)12.¿Qué mantenimiento es requerido y quien lo va a hacer?
13.¿Cuáles son la temperatura y presión de operación?14.¿Cuál es la caída de presión permisible, es decir, que consumo deenergía tiene?
15.¿Qué propiedades de flujo deben ser consideradas’ (viscosidad,densidad, compresibilidad, conductividad eléctrica, calidad de
lubricación, etc.)
SelecciSeleccióón de medidores de flujon de medidores de flujo
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 447/718
451#
Otra clasificación puede ser dada por el tipo de fase que manejan. Existenaplicaciones donde el gas esta entrampado en el líquido y donde la fase líquida esllevada junto con la fase gaseosa. Los medidores volumétricos manejan líquidos congas entrampado y pueden generar un error en % volumen del gas presente.
LÍQUIDO
AREAVARIABLE
PRESIÓN DIF.VARIABLE
DESPLAZAMIENTO
POSITIVO
TURBINA
MAGNÉTICO
ULTRASÓNICO
TÉRMICO
OSCILATORIO
CORIOLIS
GAS
AREAVARIABLE
PRESIÓN DIF.VARIABLE
DESPLAZAMIENTOPOSITIVO
TURBINA
TÉRMICO
OSCILATORIO
CORIOLIS
VAPOR
AREAVARIABLE
PRESIÓN DIF.VARIABLE
TURBINA
OSCILATORIO
LODOS
MAGNÉTICO
PRESIÓN DIF.VARIABLE
(EXCENTRICO,SEGMENTAL,
VENTURI)
CORIOLIS
ULTRASÓNICO(DOPPLER)
SelecciSeleccióón de medidores de flujon de medidores de flujo
fL MF l t f i d t di
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 448/718
452#
Los MF en la transferencia de custodiaLos MF en la transferencia de custodia
Transferencia de custodia (Custody Transfer)
Definición :
El proceso simultaneo de intercambio de derechos legales de propiedad(ownersip) de una determinada cantidad de fluido, como por ejemplo unproducto refinado del petróleo, mientras se ejecuta el movimiento físico delfluido del contenedor del propietario al contenedor de diferente propietario.
L MF l t f i d t diL MF l t f i d t di
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 449/718
453#
Existen medidores de flujo especiales para transferencia de custodia, pero nobasta con contar con este tipo de sistemas de medición para transferencia decustodia ya que también estos sistemas requieren de otros dispositivos paraque sean calibrados y certificados de manera regular y acreditados ante una
entidad legalmente autorizada como laboratorios de segundo orden.La entidad que calibra, debe entregar los cerificados de calibración, dondeindique la incertidumbre encontrada y la carta de trazabilidad.
Los MF en la transferencia de custodiaLos MF en la transferencia de custodia
La incertidumbreLa incertidumbre
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 450/718
454#
En cada medición existe una incertidumbre y es importante conocerla, yaque en transferencia de custodia y en medición fiscal tiene implicacioneseconómicas importantes como se muestra a continuación:
10.950.000,00365,000.0030.000,001.000,001,00
5.475.000,00182,500.0015.000,00500,000,50
3.285.000,00109,500.009.000,00300,000,30
2.737.500,0091,250.007.500,00250,000,25
2.190.000,0073,000.006.000,00200,000,20
1.095.000,0036,500.003.000,00100,000,10
$/AñoBarri les/Año$/DíaBarri les/Día%
Costo del error annualde flujo
Error anual deflujo
Costo errordiario
Error diario deflujo
Incertidumbre de lamedición
$/Barri l30 Asuma un valor de mercado:
Barri les/día100.000 Asuma una P rodución de Petróleo:
Fuente: METCOCOSTO DE LA INCERTIUMBRE EN LA INDUSTRIA PETROLERA
RangeabilidadRangeabilidad
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 451/718
455#
La rangeabilidad de un instrumento se definen como la relación del máximo al mínimovalor en el que el instrumento tiene una actuación aceptable.
Se tiene un ejemplo de un instrumento que tiene una exactitud especificada de ±0.5%.Si el límite en la actuación aceptable es entonces ±4% de lectura, la rangeabilidad del
instrumento se limita a 8 a 1 (es decir ±4% de exactitud de lectura ocurre a 12.5%).
Sin embargo si una exactitud de ±5% de lectura fuera aceptable, se aumentaría larangeabilidad del instrumento a 10 a 1.
Debe recordarse que el impacto de variables independientes también puede afectar en serio la linearidad y la rangeabilidad de un instrumento.
100%
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 452/718
Mediciones analMediciones analííticasticas
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 453/718
457#
Mediciones analMediciones analííticasticas
a)Cromatografía de gases.
b)Analizadores de infrarrojo.c)Analizadores de oxígeno.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 454/718
458#
Cromatograf Cromatograf íía de gasesa de gases
Cromatograf Cromatograf íía de gases 8a de gases 8
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 455/718
459#
El botánico ruso Mijail Tswett estableció las ventajas de latécnica, adopto la terminología y definió los procedimientosexperimentales básicos para esta técnica. A el se leconsidera el Padre de la Cromatografía.
La palabra Cromatografía significa “Escribir en Colores ” ,porque cuando fue desarrollada los componentesseparados eran colorantes.
Cromatograf Cromatograf íía de gasesa de gases
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 456/718
460#
La cromatografía se define como una técnica de separaciónbasada en el intercambio de solutos entre dos fases, ydepende de la velocidad de desplazamiento diferencial de
los mismos que se establece al ser arrastrados por una fasemóvil (líquida o gaseosa) a través de un lechocromatográfico que contiene la fase estacionaria, la cualpuede ser líquida o sólida.
COLUMNACOLUMNA
COLUMNACOLUMNA
FASE ESTACIONARIAFASE ESTACIONARIA
FASE ESTACIONARIAFASE ESTACIONARIA
FASE MÓVILFASE MÓVILFASE MÓVIL FASE MÓVILFASE MÓVILFASE MÓVIL FASE MÓVILFASE MÓVILFASE MÓVIL
COLUMNACOLUMNA
COLUMNACOLUMNA
FASE ESTACIONARIAFASE ESTACIONARIA
FASE ESTACIONARIAFASE ESTACIONARIA
FASE MÓVILFASE MÓVILFASE MÓVIL FASE MÓVILFASE MÓVILFASE MÓVIL FASE MÓVILFASE MÓVILFASE MÓVIL
Cromatograf Cromatograf íía de gasesa de gases
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 457/718
461#
La cromatografía de gases se utiliza para la separación desustancias gaseosas.
La fase móvil fluye, arrastrando consigo los solutos. Lossolutos se reparten entre ambas fases.
Las propiedades de los componentes de una mezcladeterminan su movilidad entre sí y con respecto a la fasemóvil. Por tanto, la base de la separación cromatográficaserá, por tanto, la diferencia en la migración de los mismos.
MuestraMuestraMuestraFase
estacionaria
FaseFase
estacionariaestacionaria
Fase
móvil
FaseFase
móvil móvil
Cromatograf Cromatograf íía de gasesa de gases
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 458/718
462#
Al alimentar la muestra, los componentes a separar sedistribuyen entre la fase estacionaria y la fase móvil o fluidoque pasa a través o a lo largo de la fase estacionaria.
La velocidad del soluto varía inversamente con la afinidadcon la fase estacionaria.
F. móvil F. móvil
F. estacionariaF. estacionaria
F. móvil F. móvil
F. estacionariaF. estacionaria
Cromatograf Cromatograf íía de gasesa de gases
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 459/718
463#
Como los componentes de la mezcla presentan diferentetendencia a permanecer en cualquiera de las fases, laseparación se da por el movimiento de la fase móvil enrelación con la estacionaria y de la distribución de las
sustancias entre las dos fases. Los solutos se separan enbandas y estas salen (eluyen) por el final de la columna.
Fase móvil Fase móvil
Fase estacionariaFase estacionaria
tt11
Fase móvil Fase móvil
Fase estacionariaFase estacionaria
tt22
Fase móvil Fase móvil
Fase estacionariaFase estacionaria
tt33
Fase móvil Fase móvil
Fase estacionariaFase estacionaria
tt11
Fase móvil Fase móvil
Fase estacionariaFase estacionaria
tt22
Fase móvil Fase móvil
Fase estacionariaFase estacionaria
tt33
InstrumentaciInstrumentacióón de unn de un CromCromáátografotografo de gasesde gases
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 460/718
464#
Instrumentación de un Cromátografog de gasesg
Controlde flujoGasacarreador Inyecciónde muestra Columna Detección
Registroy proceso
Horno
Controlde flujoGasacarreador Inyecciónde muestra Columna Detección
Registroy proceso
Horno
El cromatógrafo de gases esta constituido normalmente por un suministro y una entrada del gas portador, un puerto deinyección, una columna normalmente localizada en el interior
de una cámara (horno) con temperatura controlada, undetector y un sistema computarizado para analizar, registrar eimprimir el cromatograma.
Cromatografo de gasesCromatografo de gases
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 461/718
465#
Fase mFase móóvil o gas portador vil o gas portador
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 462/718
466#
La fase móvil o gas portador transporta los componentes de lamuestra a través de la columna, por esta razón debe ser inerte paraevitar interacciones con la muestra o la fase estacionaria, y ser capaz de minimizar la difusión gaseosa. La Fase Móvil es un Gas
(llamado Gas Portador o de Arrastre). Se utilizan los gases NSe utilizan los gases N22, He y, He yHH22 y tienen que ser de alta pureza (gradoy tienen que ser de alta pureza (grado cromatogr cromatogr ááficofico 99.99% o99.99% ommáás), capaz de minimizar la difusis), capaz de minimizar la difusióón enn en éél, inertes, no tl, inertes, no tóóxicos,xicos,adecuado con el detector que se utilice y de precio accesible (uadecuado con el detector que se utilice y de precio accesible (unanacarga de N2carga de N2 es de $300 y de He $7,000). Tambies de $300 y de He $7,000). Tambiéén se puede obtener n se puede obtener el N2 con compresoras y el H2 conel N2 con compresoras y el H2 con hidrogenadoreshidrogenadores..
Control de flujoControl de flujo
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 463/718
467#
Válvulas:
• De aguja (restricción al flujo), Δp
• Reguladores de presión. (Psal cte.)
• Diferenciales de flujo. (flujo másico cte.)
InyecciInyeccióón de muestran de muestra
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 464/718
468#
Zona calentadaZona calentada
Gas acarreador Gas acarreador
ColumnaColumna
JeringaJeringacon muestracon muestra
La muestra se introduce a través del sistema de inyección dentro dela columna que es el sitio donde ocurre la separación.
Sistema de separaciSistema de separacióónn
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 465/718
469#
La variación de la temperatura en el horno conteniendo a la columna permitevariar la constante de equilibrio y por lo tanto buscar la separación de loscompuestos que forman la muestra.
HornoHorno cromatcromatóógraficografico
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 466/718
470#
La temperatura de la columna es un parámetro básico:
mayor temperatura
mayor presión de vapor
análisis mas rápidos
menor separación
ColumnaColumna cromatcromatóógraficagrafica
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 467/718
471#
La Fase estacionaria, puede ser un sólido (Cromatografía Gas-Sólido)o una Película de líquido de alto punto de ebullición (GeneralmentePolietilén-Glicol o Silicón) recubriendo un sólido inerte(Cromatografía Gas-Líquido).
La columna de aluminio, acero inoxidable, vidrio o teflón contiene lafase estacionaria sólida o líquida y esta sujeta a la superficie por unsoporte que es generalmente de sílice.
Columna empacada (Baja eficiencia) Columna capilar (vidrio, silice)
Detector Detector
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 468/718
472#
Al final de la columna existe el detector que permite la detección ycuantificación de las sustancias, midiendo conductividad térmica yelectronegatividad de las sustancias eluídas. Se produce una señaltipo eléctrico, que posteriormente se amplifica por un registrador
grafico o un integrador permitiendo indicar el momento en que salende la columna los componentes. Existen diferentes tipos de detectores:TCD, FID, etc.
CromatogramaCromatograma
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 469/718
473#
La salida de la sustancia se registra en un cromatógrama en formade picos y se determinan como parametros importantes, el area delpico (% de concentracion) y el tiempo que tarda en salir (componente).
Sistemas de registroSistemas de registro
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 470/718
474#
– Registrador
– costoso
– lento y con pobre calidad de resultados.
– Integrador
– Basado en los 1°’s microprocesadores.
– Computadora con Tarjetas A/D
– Permite optimizar la calidad de los resultados, yreprocesarlos cuanto se necesite.
CromatogramaCromatograma
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 471/718
475#
11.00 11.50 12.00 12.50 13.00 13.50 14.00 14.50
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
200000
220000
240000
260000
280000
300000
320000
Time-->
Abundance
TIC: MESTE23.D
EST5
EST4
EST3EST2EST1
14.4
14.0
13.7
13.4
10.7
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 472/718
476#
Analizadores de InfrarrojoAnalizadores de Infrarrojo
Espectros de frecuencia de infrarrojoEspectros de frecuencia de infrarrojo
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 473/718
477#
LONGITUDDE ONDA (λ) 10 −13 10 −11 10 −9 10 −7 10 −5 10 −3 10 −2 10 −1 10 0 10 2 10 3 metros (m)
FRECUENCIA (ν) 10 21 10 19 10 17 10 15 10 13 10 11 10 10 10 9 10 8 10 6 10 5 Hertz (Hz)
RAYOS GAMMA RAYOS X UV VISIBLE INFRARROJO MICROONDAS ONDAS DE RADIO
RMN
Grupos funcionales Núcleos individuales
IRUVUV IR
Ultravioleta Infrarrojo Resonancia Magnética
Analizadores de infrarrojoAnalizadores de infrarrojo
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 474/718
478#
Principios de medición
El funcionamiento de estos analizadores se basa en la Ley de
Beer, la cual describe como la luz está absorbida por unamolécula específica en una longitud de onda definida.
Analizadores de infrarrojoAnalizadores de infrarrojo
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 475/718
479#
La Ley de Beer forma la base para el funcionamiento de losanalizadores automáticos que convierten una señal óptica enuna señal electrónica, independientemente del gas a detectar y
de la empresa que produce el equipo
Analizadores de infrarrojoAnalizadores de infrarrojo
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 476/718
480#
Analizadores de infrarrojo para COAnalizadores de infrarrojo para CO
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 477/718
481#
La detección y medición de monóxido de carbono se basa enla absorción de radiación infrarroja (IR) por parte de moléculasde CO en la longitud de onda específica de 4.7 μm y utiliza un
elemento calentado con alta energía para generar una bandaancha de luz infrarroja.
La luz pasa a través de un filtro de gas en forma de anillo
giratorio que hace que el rayo de luz pase alternamente através de un compartimiento de gas llena de nitrógeno (celdade medición), y otro lleno de una alta concentración demonóxido de carbono (celda de referencia). Detrás del anillo
giratorio se encuentra la celda de muestra.
Analizadores de infrarrojo para COAnalizadores de infrarrojo para CO
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 478/718
482#
El principio llamado Correlación de Filtro de Gas requiere queel anillo gire a una tasa de 30 ciclos/segundo, lo que hace queel rayo de luz esté modulado en pulsos de referencia y
medición. Durante un pulso de referencia, el compartimiento deCO del del anillo giratorio descompone eficazmente el rayo detoda la energía IR en longitudes de onda donde el CO puedeabsorber.
Como resultado se obtiene un rayo que no es afectado por elCO en la celda de muestra. Durante el pulso de medición, elnitrógeno del filtro de gas no afecta el rayo, que
subsecuentemente puede alternarse con cualquier CO en lacelda de muestra.
Analizadores de infrarrojo para COAnalizadores de infrarrojo para CO
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 479/718
483#
La presencia de CO en lacelda de muestra reducela señal generada en elcompartimiento de
medición (M), mientrasque la señal de referencia(R) queda igual, ya que laalta concentración de CO
en el compartimiento dereferencia absorbió todala luz con longitud deonda 4.7 μm. Ladiferencia entre M y M*determina laconcentración de CO enla celda deMuestra.
Analizadores de infrarrojo para COAnalizadores de infrarrojo para CO
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 480/718
484#
Después del anillo de filtro de gas, el rayo IR entra a la celda demuestra de paso múltiple. Esta celda usa ópticas plegables paragenerar una longitud de paso de absorción de 16 metros paralograr sensibilidad máxima.
Luego de excitar la celda de muestra, el rayo pasa por un filtrode interferencia de paso de banda para limitar la luz a la longitudde onda que se necesita. Por último, el rayo golpea el detector que es un fotoconductor sólido enfriado termo eléctricamente.
Este detector, junto con su preamplificador y su suministro devoltaje convierten la señal luminosa en una señal de voltajemodulada. La salida del detector es desmoduladaelectrónicamente para crear dos voltajes DC: CO Medición y COReferencia. Estos voltajes son proporcionales a la intensidad dela luz que recibe el detector durante los pulsos de medición yreferencia, res ectivamente.
Analizadores de infrarrojo para ozono OAnalizadores de infrarrojo para ozono O33
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 481/718
485#
La detección y medición de moléculas de ozono se basa en laabsorción de 254 nm de rayos UV debido a una resonanciaelectrónica de la molécula de O3. El analizador automático utiliza unalámpara de mercurio que emite una onda de 254 nm. La luz de la
lámpara brilla hacia abajo hasta un tubo de vidrio hueco quealternamente es llenado con la muestra y luego con gas limpio pararemover el ozono. La tasa de la intensidad de luz I/I0 es la base parael cálculo de la concentración de ozono Cozono según Beer-Lambert
Analizadores de infrarrojo para ozono OAnalizadores de infrarrojo para ozono O33
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 482/718
486#
La concentración de ozono depende de la tasa de la intensidad (I/I0).
La temperatura y presión influyen sobre la densidad de la muestra, la
cual cambia el número de moléculas de ozono en el tubo deabsorción que impacta la cantidad de luz que se remueve del rayo deluz. Estos efectos se pueden atender midiendo directamentetemperatura y presión, incluyendo sus valores reales en el cálculo. Elcoeficiente de absorción es un número que refleja la habilidadinherente del ozono de absorber luz de 254 nm.
La longitud de la ruta de absorción determina cuántas moléculasexisten en la columna de gas del tubo de absorción.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 483/718
487#
Analizadores de OxAnalizadores de Oxíígenogeno
Analizador de OxAnalizador de Oxíígenogeno
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 484/718
488#
El oxígeno es vital en una amplia variedad de procesos industrialesque involucran la oxidación y la combustión. Muchas industriasutilizan oxígeno puro o gases inertes conteniendo un poco de oxígeno
como contaminante y estas aplicaciones requieren el análisis de laconcentración de oxígeno.
Los tipos principales de analizadores de oxígeno utilizados son:
-Analizadores de oxígeno que utilizan las propiedadesparamagnéticos.
- Analizadores de oxígeno que utilizan las propiedades
electroquímicas.
Analizador de OAnalizador de O22 ParamagnParamagnééticotico
El O í fi id d éti E t
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 485/718
489#
El Oxígeno posee una gran afinidad para un campo magnético. Esta nocomún propiedad de paramagnetismo es compartida por muy pocos gases yalgunos gases incluso son repelidos por los campos magnéticos, como elcaso del dióxido, metano, etano, etileno, CO, CO2, hidrógeno y argon.
Existen 3 tipos de analizadores que explotan la propiedad paramagnética:
el diseño de deflexión requiere que la propiedad paramagnética seaconstante para medir el cambio en la concentración del gas, el diseñotermal, en que el efecto paramagnético decrece conforme aumenta latemperatura del oxígeno y el diseño de gas-referencia, en donde dosgases con diferente contenido de oxígeno son combinadas en un campomagnético, generándose una diferencia de presión.
Gas Susceptibilidad
magnéticaAcetileno (C2H2)Amonia (NH3)Argon (Ar)Bioxido de carbono (CO2)Monóxido de carbono (CO)Etileno (C2H4)
Hexano (C6H14)Hidrógeno (H2)Metano (CH4)Oxido Nitrico (NO)Nitrógeno (N2)Oxígeno (O2)
-0.24-0.26-0.22-0.27+0.01-0.26
-1.7+0.24-0.2+43.00.0+100.0
Analizador de OAnalizador de O22 paramagnparamagnéético de deflexitico de deflexióónn
L f éti tú f t lib t j
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 486/718
490#
POLARIDAD N
ESPEJO
POLARIDAD P
FOTOCELDA FUENTE LUZ
AMPLIFICADOR UNIDAD DE INDICACIÓN
CELDA DE MEDICIÓN
SALIDA DE GASENTRADA DE GAS
CUERPO DE MEDICIÓN
La fuerza magnética actúa en una esfera que rota libremente en un eje.La fuerza es proporcional a la diferencia de las susceptibilidadesmagnéticas del volumen del cuerpo de prueba y del gas alrededor delmismo. Debido a que la esfera es de vidrio y se encuentra lleno de
nitrógeno, se deflexiona ligeramente lejos del punto de máxima fuerzamagnética. Cuando la muestra de gas contiene oxígeno, el oxígeno esatraído al punto del campo en donde es máxima la fuerza magnética,desplazando la esfera.
Analizador de OAnalizador de O22 paramagnparamagnéético de deflexitico de deflexióónn
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 487/718
491#
El oxígeno altamente paramagnético concentra el campo magnético y larotación resultante en la esfera es detectada como una función lineal dela concentración de oxígeno. Cuando la esfera empieza a rotar, el espejo
también rota, desbalanceando la luz hacia la fotocelda. Estedesbalanceo es opuesto y casi igual a la fuerza magnético, el cual esfunción de la concentración de oxigeno-
Las desventajas de este tipo de analizador son:
•Es de naturaleza delicada.•Sensible a las vibraciones.•Variaciones en la temperatura de las muestras o variaciones en la
susceptibilidad magnética de los gases finales contribuyen a loserrores en la medición.
Analizador de OAnalizador de O22 paramagnparamagnéético tipo ttico tipo téérmicormico
Esta compuesto de un anillo en donde se hace circular el gas con
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 488/718
492#
Esta compuesto de un anillo en donde se hace circular el gas conoxígeno. El oxígeno paramagnético de la muestra es atraído por elcampo magnético hacia el tubo horizontal donde las resistenciasresistores calientan los gases. Estas resistencias están conectadas a un
puente de Wheatstone para detectar las variaciones en la resistencia.
TUBO DEVIDRIO
SALIDA DE GAS
ENTRADA DE GAS
Al circuitopuente
Polomagnético
Resistenciasembobinadas
Analizador de OAnalizador de O22 paramagnparamagnéético tipo ttico tipo téérmicormico
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 489/718
493#
El oxígeno en la muestra calentada pierde paramagnetismo, por lo quese atrae oxígeno frío de la muestra entrante, el cual, reemplaza alcaliente, esta acción produce un fenómeno conocido como “viento
magnético”.
El gas que fluye, enfría al “viento” del lado izquierdo, y calienta al “viento”del lado derecho, originando una diferencia de temperaturas quedesequilibra al puente.
Existen errores que pueden ser originados por materiales diamagnéticosy por el cambio en la presión de la muestra.
La ventaja de este analizador es que es más resistente que el dedeflexión. Su desventaja es que se debe compensar las variaciones dela conductividad térmica de los gases finales.
Analizador de OAnalizador de O22 paramagnparamagnéético tipo dualtico tipo dual
En este tipo de analizador se tienen dos gases con diferente contenido
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 490/718
494#
En este tipo de analizador se tienen dos gases con diferente contenidode oxígeno, se combinan en un campo magnético y se observa unadiferencia de presión.
El gas de referencia puede ser
100% oxígeno, nitrógeno o aire.El gas de referencia pasa por dosductos, y en uno se hace pasar lamuestra de gas por un campo
magnético. Ya que ambosconductos están conectados, lapresión produce un flujo que puedeser medido.
Su diseño es mas robusto pero essensible a las vibraciones y no esrecomendable para medicionescon cantidades pequeñas de
oxígeno.
Analizador de OAnalizador de O22 electroquelectroquíímicosmicos
Se dividen en tres tipos:
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 491/718
495#
Se dividen en tres tipos:
a) Detectores tipo celda combustible de alta temperatura que involucrala conducción de iones de oxígeno de un electrodo a otro a través de
un electrolito óxido sólido como el zirconio.
b) Detectores tipo galvánico a temperatura ambiente que involucran unareducción del oxígeno hacia el cátodo y la disolución de un ánodo
activo, como cadmio, en un electrolito.
c) Detectores tipo polaridad grafica que consiste de tres electrodos(cátodo, ánodo y una referencia) y un electrolito. Es similar al tipo
galvánico, sólo que aquí se aplica un potencial externo al cátodo paramanejar la reacción de reducción de oxígeno.
A continuación se analiza el tipo a, de óxido de zirconio, que es el másutilizado.
Analizador de OAnalizador de O22 electroquelectroquíímico demico de óóxidoxidode zirconiode zirconio
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 492/718
496#
La operación de estos detectores involucra una ionización del oxígenoen una muestra y en un flujo de un gas conocido de referencia a unatemperatura alta. La celda de medición consiste de un electrolito
sólido de óxido de zirconio estabilizado en calcio con metales noblesporosos, preferentemente platino.
La celda de medición opera en una temperatura de 800ºC. Cuando lamuestra y el gas de referencia tienen contacto con la superficie delelectrodo, el oxígeno se ioniza en iones O-2. Las concentraciones deoxígeno en cada muestra es una función de la presión parcial deloxígeno en la muestra, por lo que el potencial en cada electrododepende de la presión parcial del oxígeno en el gas.
Analizador de OAnalizador de O22 electroquelectroquíímico demico de óóxido dexido dezirconiozirconio
El electrodo de mayor potencial (mayor concentración de O2) generará
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 493/718
497#
El electrodo de mayor potencial (mayor concentración de O ) generaráiones oxígeno, mientras que el electrodo con menor potencialconvertirá los iones en moléculas de Oxígeno. Las reaccionesocurridas son:
O 2 + 4e - 2 O -2 (al cátodo)
2 O -2 O 2 + 4e - (al ánodo)
El flujo de los iones de oxígenoa través del electrolito deóxido de zirconio calienteprovoca una diferencia de
voltaje a través del elementosensor.
Analizador de OAnalizador de O22 electroquelectroquíímico demico deóóxido de zirconioxido de zirconio
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 494/718
498#
El voltaje del circuito abierto serelaciona con la presión parcial deloxígeno con la ecuación de Nernst:
donde:E= Voltaje desarrollado en el circuito abiertoR= Constante universal de los gasesT= Temperatura
n= Número de electrones transferidos por molécula de oxígeno
F = Constante de Faraday
muestradegasenOparcialPresión
referenciadegasenOparcialPresiónln
2
2
nF
RT E =
Analizador de OAnalizador de O22 electroquelectroquíímicomico
dede óóxido de zirconioxido de zirconio
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 495/718
499#
La máxima concentración detectable de oxígeno en el fluido de muestraes igual que en el de referencia.
Si la concentración en la muestra es mayor que en la de referencia, losiones se moverán en dirección opuesta y el voltaje del circuito abiertoserá de polaridad contraria.
Este detector debe ser utilizado para las aplicaciones en donde lamuestra no contenga combustible ya que a elevadas temperaturas elmaterial oxidable en la muestra gaseosa se combinará con oxígeno yen consecuencia, disminuirá la concentración de oxígeno en lamuestra gaseosa, causando un error en la medición, si existencombustibles presentes.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 496/718
El Lazo de control con elementos auxiliares
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 497/718
501#
ELEMENTOFINAL DECONTROL
PROCESOELEMENTOPRIMARIO
DE MEDICION
CONVERTIDOR OTRANSDUCTOR TRANSMISOR
PERTURBACIONES
PUNTO DE AJUSTE
VARIABLE
CONTROLADA
VARIABLE
MANIPULADA
CONTROLADOR
m(t)
c(t)
d(t)
e(t)=R(t)-c(t)
R(t)INDICADORREGISTRADOR
INTERRUPTOR
ALARMA
Transmisores
Di iti d t t l l d i bl d
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 498/718
502#
Dispositivo que detecta el valor de una variable deproceso por medio de un elemento primario (o sensor) yque tiene una salida estándar cuyo valor de estadoestacionario varia sólo como una función predeterminadade la variable de proceso. El elemento primario puede ono ser integral al transmisor.
Básicamente existen tres tiposde transmisores: neumáticos,electrónicos y digitales.
Transmisores
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 499/718
503#
0-800 “ H2O3-15 psi
0-1000 °F4-20 mA
0-5000 GPM0-X Cuentas/Pulsos
Transmisor neumático
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 500/718
504#
FUELLESTOBERA/PALOMETA
SA
SEÑAL DE PROCESO
3-15 PSI
AJUSTES
Este transmisor entrega una señal neumática de aire,normalmente con una presión de 3-15 PSIG
(libras/pulg2). Sus dos principios son con fuelles o contobera-palometa.
20 PSI
Transmisor electrónico analógico
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 501/718
505#
TRANSFORMADORNUCLEO MÓVILSTRAIN GAGE
CAPACITIVO
SE
SEÑAL DE PROCESO 4-20 mA. C.D.
AJUSTES
Este transmisor construido con elementos electrónicosanalógicos (transistores y algunos circuitos integrados)
entrega una señal eléctrica de corriente o voltaje,normalmente de 4-20 mA. C.D., 0-5 V.C.D., 0-10 V.C.D. Suprincipio de medición es por medio de un transformador connúcleo móvil, de esfuerzo o strain gage y tipo capacitivo.
24 VCD
Transmisor digital
E t t i t id i d d j l
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 502/718
506#
STRAIN GAGECAPACITIVO
SE4-20 mA. C.D. óCódigos binarios(Protocolosdigitales)
SEÑAL DE PROCESO
CONFIGURADOR
24 VCD
Este transmisor construido con microprocesadores que puede mejorar elrendimiento del sensor y/o accesar a comunicaciones remotas a través deun dispositivo de interface de mano, un sistema de control o ambos.
Entrega una señal digital en algún protocolo con opción de una señal de4-20 mA. C.D. modulada. Existen diferentes sensores en los transmisoresy uno ellos es el medidor tipo capacitivo a partir de movimientos elásticosde un diafragma. Esta técnica es utilizada para los transmisores de
presión absoluta, manométrica y diferencial.
Transmisor digital inteligente
El i d j l di i t d l d d f
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 503/718
507#
El microprocesador mejora el rendimiento del sensor de dos formas: Puede almacenar curvas de entrada/salida para compensar loserrores de salida del sensor originados por factores fuera del proceso Puede llevar a cabo cálculos matemáticos que condicionan la salidadel sensor
Funciones del transmisor digital inteligente
Auto diagnósticos
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 504/718
508#
• Auto-diagnósticos
• La compensación del sensor de temperatura proporcionando unalinealización mejorada
• Se pueden programar remotamente el cero y el span
• Opciones de salida:
– Lineal
– Raíz cuadrada
– Por ciento
• Capaz de medir más de una variable de proceso (por ejemplo, flujo
másico)
Operación del transmisor inteligente
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 505/718
509#
VARIABLE DE PROCESO
SENSOR ACONDICIONAMIENTODE SEÑAL ACONDICIONAMIENTODE SALIDA
POT DE AJUSTEDE CERO
POT DE AJUSTEDE SPAN
SALIDA
4-20 mA CD
TRANSMISOR ANALÓGICO
VARIABLE DE PROCESO
SENSOR MICROPROCESADOR
MEMORIA
SALIDA4-20 mA CD
TRANSMISOR INTELIGENTE
A/D
COMUNICACIONESDIGITALES
D/ A
MODULO DE SENSADO MODULO ELECTRÓNICO
Operación del transmisor inteligente
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 506/718
510#
MODULO DECOMUNICACIÓN
MODULO DE SENSADO
Conversión de señalanalógico/digital
Sensor detemperatura
Memoria delmódulo de sensado• Coeficientesde corrección• Módulo deinformación
Microprocesador:• Sensor delinealización• Reranging• Amortiguamiento• Diagnósticos• Ingeniería• Comunicación
Sensor PDCapacitivo
Presiónbaja
Presiónalta
Memoria del móduloelectrónico:• Valores de rango• Configuración deltransmisor
Conversión deseñal D/A
Comunicacionesdigitales HART• Bell 202
• FSK
SalidaAnalógica
4-20 mA
MODULO ELECTRÓNICO
Ajustes de spanlocal y cero
Transmisor de presión diferencial Rosemount 3051C
Cambio del rango (“rerange”) en un transmisor inteligente
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 507/718
511#
20 mA
4 mA
0” 25” 50” 75” 100”
20 mA
4 mA
0” 25” 50” 75” 100”
4 mA
0” 25” 50” 75” 100”
20 mA
4 mA = 0” H2O
20 mA = 100” H2O
4 mA = 50” H2O
20 mA = 100” H2O
4 mA = 50” H2O
20 mA = 75” H2O
Transmisor Señal Precisión Ventajas Desventajas
Neumático 3 – 15 psi0,2 – 1 bar
± 0,5 % RapidezSencillo
Aire limpio, Noguardan
información,Distanciaslimitadas,
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 508/718
512#
Mantenimientocaro, Sensible avibraciones
ElectrónicoConvencio-nal
4 – 20 mAc.d. ± 0,5 % RapidezSensible avibraciones, derivatérmica
Electrónico
Inteligente
4 – 20 mA
c.d.± 0,2 %
Mayor precisiónIntercambiableEstable, Confiable
Campo de medidamás amplio, Bajocosto demantenimiento
Lento (paravariables rápidas
puede presentar problemas)
ElectrónicoInteligenteSeñal Digital
Digital ± 0,1 %
Mayor precisiónMás estabilidad
Confiable, sinhistéresisAutodiagnósticoComunicaciónbidireccionalConfiguraciónremota, Campo demedida másamplio, Bajo costo
de mantenimiento
Falta normalizaciónde lascomunicaciones,No intercambiablecon otras marcas
Indicador
Los indicadores muestran el valor de la variable de proceso
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 509/718
513#
Los indicadores muestran el valor de la variable de procesoen unidades determinadas, en función de una señalnormalizada proveniente del transmisor.
TRANSMISOR
SEÑAL DEPROCESO 4-20 mA. C.D.
0-30 Kg
INDICADORMuestra el valor
de presión con un
rango de 0-30 Kg
Indicador
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 510/718
514#
Indicadores neumáticos: manómetros con rango de3-15 psi y escalas graduadas de acuerdo a las
características del transmisor. Indicadores analógicos: Voltmetros, Ampermetros,Milivoltmetros, Miliampermetros.
En la indicación digital de los sistemas de controldigital, este se da en base a software que esconfigurado cuando se instala el equipo.
Rangos de 0-120 V. 4-20 mA, 0-5 A, 0-20 mA, 0-10V.C.D. con escalas graduadas de acuerdo a lascaracterísticas del transmisor, (tecnología, analógica odigital)
Registrador
Es un instrumento que indica la tendencia gráfica de las
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 511/718
515#
Es un instrumento que indica la tendencia gráfica de lasvariables de proceso.
En el caso de los registradores neumáticos se utilizan lasgráficas graduadas de acuerdo al rango del transmisor, sondel tipo circular o rollo de papel con registros múltiples.
Existen registradores electrónicos que funcionan de la mismamanera con rollos de papel.
En los sistemas de control digital, en el software se
configuran las tendencias en rango y tiempo, e inclusivegeneran una base de datos histórica de los datos registrados.
Registrador
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 512/718
516#
Convertidor
Cuando se desea realizar una medición, es necesario un
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 513/718
517#
,transductor o acondicionador de señal que transformeuna variable en otra, por ejemplo una variable eléctricaen variable neumática. En términos generales unconvertidor acondiciona o convierte una señal en otra ypuede contener las siguientes etapas: Conversión de
señal, modificación del nivel de la señal, linearizar larespuesta y si es necesario el filtrado de la señal.
Tipos de convertidores
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 514/718
518#
NEUMÁTICO/ELÉCTRICO3-15 PSI a 4-20 mA
ELÉCTRICO/NEUMÁTICO4-20 mA a 3-15 PSI
ELÉCTRICO/ ELÉCTRICO0-500 mV a 4-20 mA4-20 mA a 0-15 A.
0-300 ohms a 4-20 mA0-100 Hz a 4-20 mA
TARJETAS O MÓDULOS DEENTRADA/SALIDA A
SISTEMAS DISTRIBUIDOSR / mA r / DIGITALPSI / mA PSI / DIGITALmV / mA mV / DIGITAL
mV / V DIGITAL / PSIR / V r / DIGITALPSI / V mA / PSIL
Convertidor electroneumático(4-20 mA. CD a 3-15 PSIG)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 515/718
519#
Interruptor
Un interruptor es un dispositivo que conecta, desconecta o
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 516/718
520#
p p qtransfiere uno o más circuitos, y que no es un controlador, yel caso mas común es un relevador. EI interruptor es undispositivo que mide la variable y opera (abre o cierra uncontacto) cuando se alcanza un valor predeterminado,previamente calibrado.
INTERRUPTORSEÑAL DE PROCESO
1 o 0
Abierto o cerradoAJUSTE DE
PUNTO DE DISPARO
Interruptor
Ejemplo: interruptores de temperatura que actúan como
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 517/718
521#
elementos de seguridad para el paro automático de laPlanta, cuando se tiene una alta temperatura.
Interruptores en circuitos de protección
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 518/718
522#
Los interruptores
juegan un papelimportante yaquegeneralmente
los interruptoresvan asociados alos sistemas dealarmas y deparo de planta.
Alarmas
• Es una función de lainterfase de operador que
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 519/718
523#
interfase de operador quepermite detectar y reportar anormalidades en elproceso
• Estas pueden ser visualesy/o audibles
Tan solo avisandole al operador...
Totalizadores
Instrumento cuya función es totalizar las señales de flujo
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 520/718
524#
instantaneo de fluidos en períodos de tiempopreestablecidos.
Buses de campo
Un bus de campo es un término genérico que describe un
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 521/718
525#
conjunto de redes de comunicación para uso industrial cuyoobjetivo es sustituir las conexiones punto a punto entre loselementos de campo y el sistema de control a través deltradicional lazo de 4-20 mA.
El objetivo es reemplazar los sistemas de control centralizadospor redes para control distribuidos con el fin de mejorar la calidaddel producto, reducir costos y mejorar la eficiencia del sistema.
Buses de campo
Típicamente son redes digitales, bidireccionales, multipunto
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 522/718
526#
montadas sobre un bus serie. Cada dispositivo de campoconectado incorpora cierta capacidad de proceso, que lo convierteen un dispositivo inteligente, tratando de mantener un costo bajo,la cual es su principal ventaja con la reducción de cableado y sucomunicación digital.
INTERFACE
Hasta 15 dispositivos
Buses de campo
Cada uno de estos elementos es capaz de ejecutar funciones
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 523/718
527#
simples de autodiagnóstico, control o mantenimiento, así comocomunicarse bidireccionalmente a través del bus.
La señal aloja tanto a la variable de medición y a la señal decontrol además de que puede proporcionar información adicional,como por ejemplo:
- Mediciones secundarias- Parámetros de Proceso- Configuración del Dispositivo- Calibración- Diagnósticos- Identificación o Tag
Buses de campo
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 524/718
528#
COMANDOS PRÁCTICOS
Lectura de variablesCambio de rango
Ajuste de cero y span Autoprueba de inicializaciónNúmero de serie
Valores de constantes de tiempo
COMANDOS ESPECIFICOS
Funciones específicas del modeloOpciones de calibración especialParo, arranque o inicializaciónSelección del elemento primarioHabilitar el PIDCambiar el punto de ajuste SP
Ajuste de parámetros de sintonía
Calibrador
Tipos de buses de campo
Debido a la falta de normas, algunas compañías han desarrolladol i d d ll dif t t í ti
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 525/718
529#
soluciones y cada una de ellas con diferentes características.
Se pueden dividir en los siguientes grupos:
a) Buses de alta velocidad y baja funcionalidad.b) Buses de alta velocidad y funcionalidad media.c) Buses de altas características.
Buses de altas velocidad y baja funcionalidad
Están diseñados para integrar dispositivos simples como finalesd f t ld l d t d i l
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 526/718
530#
de carrera, fotoceldas, relevadores y actuadores simples,funcionando en tiempo real y agrupados en una pequeña zonade la planta, típicamente en una PC. Algunos ejemplos son:
CAN: Diseñado originalmente para aplicación en vehículos.
SDS: Bus para la integración de sensores y actuadores basadoen CAN.
ASI: Bus serie diseñado por Siemens para la integración desensores y actuadores.
Buses de alta velocidad y funcionalidad media
Se basan en el diseño de una capa de enlace para el envíoeficiente de bloques de datos de tamaño medio permitiendo al
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 527/718
531#
eficiente de bloques de datos de tamaño medio, permitiendo aldispositivo mayor funcionalidad incluyendo aspectos de
configuración, calibración o programación del dispositivo.Algunos ejemplos son:
DeviceNet: utiliza como base el bus CAN con una capa de
aplicación orientada a objetos (Allen-Bradley).LONWorks: Red desarrollada por Echelon.BitBus: Red desarrollada por Intel.DIN MessBus: Norma alemana de bus de instrumentación basado
en comunicación RS-232.BitBus: Norma alemana de bus usado en aplicaciones
medias.
Buses de altas características
Son capaces de soportar comunicaciones a nivel planta industrial.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 528/718
532#
Aunque se basan en buses de alta velocidad, algunas
presentan problemas debido a la sobrecarga excesiva paraalcanzar las características funcionales y de seguridad que lesexigen. Algunos ejemplos son:
- Profibus
- FIP
- Fieldbus Foundation
Protocolo Hart
El protocolo HART es uno de los primeros protocolosimplementados y permite la comunicación bi-direccional con
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 529/718
533#
implementados y permite la comunicación bi direccional coninstrumentos inteligentes superponiendo la señal digital en la
analógica sin afectarla, transmitiendo simultáneamente por el mismo alambrado.
SEÑAL ANALOGICA
+ 0.5 mA
- 0 .5 mA
Frecuencia 1200 Hz 2200 HzEdo. Logico “1” “0”
COMUNICACIÓN ANALOGICA + DIGITAL SIMULTANEA
Comunicación analógica + digital
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 530/718
534#
SEÑAL ANALOGICA
20 mA
4 mA
SEÑAL DIGITAL
tiempo
“1” “1” “1”
“1” “1”
“0” “0” “0”
“0”
Protocolo HART (Highway Addressable RemoteTransducer)
Esta tecnología va creciendo rápidamente a tal grado de queprácticamente todos los fabricantes ofrecen transmisores con
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 531/718
535#
prácticamente todos los fabricantes ofrecen transmisores contecnología HART y garantizan ahorros sustanciales, tanto en
instalación y puesta en marcha como durante la vida útil delequipo por concepto de mantenimiento y operación.
INTERFACEHART
Configuración ydiagnóstico remoto
4 20
COMUNICACIÓN ANALÓGICA + DIGITAL
4 a 20 mA
HART
2 actualizaciones porsegundo (posición de la
válvula, transmisores, etc)
Calibrador
Transmisor como controlador
El transmisor HART tiene internamente una opción deactuar como controlador El dispositivo se configura de tal
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 532/718
536#
actuar como controlador. El dispositivo se configura de talmanera que el lazo de 4-20 mA es proporcional a la salidadel algoritmo de control PID para mandar una señal sobrela válvula de control.
Bus de campo Modbus
Modbus (1979) es un protocolo que trabaja en la capa de aplicaciónnivel 7 del modelo OSI que proporciona comunicación cliente servidor entre dispositivos conectados en diferentes tipos de buses o redes
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 533/718
537#
entre dispositivos conectados en diferentes tipos de buses o redes.
Modbus es un protocolo de petición/respuesta y comúnmente se utilizaen:
- TCP/IP sobre Ethernet. Internet puede accesar Modbus en un puerto
de sistema reservado 502 en el stack o pila TCP/IP.
- Transmisión asíncrona serie sobre una amplia variedad de medios(EIT/TIA-232-E, EIA-422, EIA/TIA-485-A, fibra óptica, radio, etc).
- Modbus plus, una red token passing de alta velocidad.
Bus de campo Modbus
Modbus permite una fácil comunicación con diferentes tipos dearquitecturas de red:
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 534/718
538#
HMI Interface Máquina-HumanoMB Protocolo ModbusPLC Controlador Lógico ProgramableI/O Entrada/Salida
Bus de campo Fieldbus
Foundation Fieldbus es una arquitectura total y abierta para laintegración de información que funciona bajo un sistema de
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 535/718
539#
comunicación digital bidireccional serie.
- El bus H1, con una velocidad de 31.25 kbits/s, interconecta equiposde campo como, sensores, actuadores y dispositivos de E/S.
- El bus HSE, con una velocidad de 100 Mbit/s, sirve para laintegración de controladores de alta velocidad (como PLC’s),subsistemas H1, servidores de datos y estaciones de trabajo.
Foundation Fieldbus es el único protocolo con la capacidad de
distribuir las aplicaciones de control a través de la red.
Bus de campo Fieldbus
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 536/718
540#
Ventajas de Fieldbus
- Incrementa la capacidad debido a la comunicación digital completa.- Reduce el número de alambrado y de tableros de conexión.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 537/718
541#
y- Reduce el número de barreras intrínsecas de seguridad.
- Reduce el número de convertidores de entrada y salida.- Reduce el número de fuentes de alimentación y gabinetes.,- Reduce el tamaño del cuarto de control.- Reduce la configuración de dispositivos.
- Incrementa la exactitud de las mediciones.- Incrementa la sofisticación y la flexibilidad de la instrumentación.- Mejora el autodiagnóstico y los diagnósticos remotos.
Bus de campo Fieldbus
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 538/718
542#
Bus de campo Fieldbus
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 539/718
543#
Bus de campo Profibus
La base del especificación del estándar Profibus fue un proyecto deinvestigación (1987-1990) llevado a cabo por: ABB, AEG, Bosch,Honeywell Moeller Landis & Gyr Phoenix Contact Rheinmetall RMP
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 540/718
544#
Honeywell, Moeller, Landis & Gyr, Phoenix Contact, Rheinmetall, RMP,
Sauter-cumulus, Schleicher, Siemens y cinco institutos alemanes deinvestigación.
El resultado de este proyecto fue el primer borrador de la norma DIN19245 (DIN= Deutsches Institut für Normung e.V. “Instituto alemán denormas”), el estándar Profibus, partes 1 y 2. La parte 3, Profibus-DP,se definió en 1993.
Recientes estudios de mercado llevados a cabo por empresas ajenas
a la Organización de Usuarios de Profibus señalan a éste como el buscon más futuro en el campo de los procesos industriales.
Bus de campo Profibus
Este bus soporta una gran variedad de equipos que van desde PC´s yPLC´s hasta robots, pasando por todo tipo de elementos de campo, lamayoría de las aplicaciones industriales Profibus ofrece tres
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 541/718
545#
mayoría de las aplicaciones industriales. Profibus ofrece tres
opciones: FMS, DP y PA.
Instalación de instrumentos en áreas peligrosas
• Clasificación de área peligrosa
– NEC, clase, division, grupo
• Confinación de la explosión
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 542/718
546#
Confinación de la explosión
– Prueba de explosión• Aislamiento de la fuente de energía
– Presurización
– Purga
• Limitación en la liberación de energía
– Seguridad intrínseca – Equipo inti-incendio
Clasificación de área peligrosa
Las áreas peligrosas deben ser clasificadas por alguien que estéfamiliarizado con la clasificación de áreas peligrosas y el área a serclasificada.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 543/718
547#
clasificada.
La National Electrical Code (NEC), patrocinada por la National FireProtection Association (NFPA), presenta un conjunto de normas queson ampliamente utilizadas en requerimientos de seguridad. Incluyeun sistema de clasificación que consiste de tres partes para áreas
peligrosas donde los materiales flamables podrían ocasionar problemay son:
Clase Grupo División
Denominaciones de clase
• Clase I
– Lugares donde los gases flamables o vapores están o pueden estar presentes en elaire en cantidades suficientes como para producir una explosión o una mezcla deignición (plantas químicas y refinerías de petróleo)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 544/718
548#
ignición (plantas químicas y refinerías de petróleo)
• Clase II – Lugares donde los polvos de combustible pueden estar presentes en cantidades
suficientes como para causar daños (fábricas de harina e instalaciones depulverización de carbón)
• Clase III
– Lugares donde el material peligroso consiste de fibras que ardan fácilmente o filingsque no están normalmente en suspensión en el aire en cantidades que produzcanmezclas de ignición (aserraderos e instalaciones de manufactura de fibras)
Clase I.- Designaciones de grupo
La designación de grupo define el material peligroso. Un factor en ladesignación de grupo es el límite explosivo del gas. Cuando el límite sevuelve más estrecho, el gas es situado en una clase menor.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 545/718
549#
Grupo A Acetileno
Grupo BButadieno, etileno oxido, propilen oxido, hidrógeno (y gases o
vapores de peligrosidad equivalente)Grupo CCiclopropano, eter etílico, etileno, hidrógeno sulfide (y gases ovapores de peligrosidad equivalente)
Grupo D Acetona, alcohol, amoniaco, benzeno, butano, propilene, gasolina,metano, gas natural (y gases o vapores de peligrosidadequivalente)
Clase II.- Designaciones de grupo
• Grupo E
– Polvos de metal combustible sin tomar en cuenta la resistividad u otrospolvos combustibles de peligrosidad similar (magnesio, aluminio, broncepolvos, etc.)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 546/718
550#
p )
• Grupo F
– Carbón black, carbón vegetal, carbón, o polvos de coque que tienen untotal de más de 8 % de material volatil
• Grupo G
– Polvos de combustible (arina, fécula, azúcar pulverizada y cacao, heno
seco, etc.)
Designaciones de división
La designación de división define la probabilidad y el punto en el quela mezcla inflamable o combustible existirá en el área en cualquiermomento:
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 547/718
551#
División 1La mezcla flamable o combustible existe bajo condicionesnormales (durante las actividades regulares de mantenimiento,liberación de químicos que ocurres regularmente, etc.)
División 2La mezcla flamable o combustible existe bajo condicionesanormales (mal funcionamiento, ruptura de tubería, fugas en elequipo, etc.)
Ejercicio de práctica: Clasificación
A r e a d e
p r o c e s
o
o en c o n c e
n t r a c i ó n
iempo
Ar e a d e t e r m i n a c i ó n P olvo
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 548/718
552#
PLANTA DE POLIPROPILENO
G a s p r o p i l e n o
e n
f l a m a b l e t o d o e
l t i e m p no l v o s d e
p o l i p r o p i l e n o t r a n s p o r t a d o
S o l o b a j o c o n d i c i o n e s a n o r m a l e s
• ISA-12.1-1991
– Definiciones e información perteneciente a instrumentos eléctricos en lugarespeligrosos (clasificados)
Normas ISA aplicables
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 549/718
553#
• ISA-TR12.2-1995 – Evaluación del sistema seguro intrínsecamente utilizando el concepto de entidad
• ISA-RP12.2.02-1996
– Recomendaciones para la preparación, contenido y organización de dibujos decontrol de seguridad intrínseca
• ISA-RP12.4-1996
– Recintos presurizados
Normas ISA aplicables
• ANSI/ISA-RP12.6-1995
– Prácticas de cableado para lugares de instrumentación peligrosos (clasificados)parte 1: seguridad intrínseca
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 550/718
554#
- parte 1: seguridad intrínseca
• ANSI/ISA-12.10-1988
– Clasificación de área en lugares con polvo peligrosos (clasificados)
• ANSI/ISA-12.12-1994 – Equipo eléctrico anti-incendio para uso en lugares peligrosos (clasificados)clase I y II, división 2 y clase III, divisiones 1 y 2
Componentes de fuego y explosión
LE
F U E N
Para que ocurra el fuego o explosión,el triángulo debe ser completado
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 551/718
555#
C O M B U
S T I B L E
N
T E D E I G
N I C I Ó N
OXIGENOPara reducir el peligro, eliminar el combustible, eloxidante o la fuente de ignición
Técnicas de protección
• Confinamiento de la explosión
– Prueba de explosión
Ai l i t d l f t d í
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 552/718
556#
• Aislamiento de la fuente de energía
– Presurización
– Purga
• Limitación de la liberación de energía
– Seguridad intrínseca
– Equipo contra-incendio
Confinamiento de la explosión
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 553/718
557#
CLASE I ATMÓSFERA PELIGROSA
RECINTO A PRUEBADE EXPLOSION
Recintos presurizados
Presurización: Técnica de proteger contra el ingreso de una atmósfera externadentro de un recinto manteniendo un GAS PROTECTOR allí dentro, a una presiónpor arriba de la presión de la atmósfera externa
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 554/718
558#
ATMÓSFERAPELIGROSA
PRESIÓNMAS ALTA
Purga: En un recinto presurizado, la operación de pasar una cantidad deGAS PROTECTOR a través del recinto y ductos, para que la concentración de laatmósfera de gas explosivo sea traido a un nivel seguro.
Seguridad intrínseca
*
SELLO
CONDUCTO UOTRO
RECINTOEQUIPO DELCUARTO DECONTROL
LUGAR PELIGROSO (CLASIFICADO) LUGAR NO PELIGROSO
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 555/718
559#
*
*
I.S. TRANSMISOR
S.I.SENSOR
S.I.SENSOR
S.I.SENSOR
I.S. TRANSMISOR
TRANSMISOR
S.I.BARRERAS
SELLOS
SELLO
SELLO
CONDUCTOA PRUEBA DEEXPLOSION
RECINTO A PRUEBADE EXPLOSIÓN
CONDUCTOU OTRO
RECINTO
S.I.BARRERAS
EQUIPO DEL
CUARTO DECONTROL
Aparatos
ASOCIADOS
Barrera segura intrínsecamente
AREA PELIGROSA AREA PELIGROSARESISTENCIA
LIMITADORA DE CORRIENTE
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 556/718
560#
VOLTAGE
DE ENTRADA
FUSIBLE
DIODOS
ZENER
TIERRA INTRINSECAMENTESEGURA
DISPOSITIVO
DE CAMPO
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 557/718
Es como su nombre lo indica, el último componente de unlazo de control.
Elemento final de control
PERTURBACIONES
d(t)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 558/718
562#
ELEMENTOFINAL DECONTROL
PROCESOELEMENTOPRIMARIO
DE MEDICION
CONVERTIDOR OTRANSDUCTOR TRANSMISOR
PUNTO DE AJUSTE
VARIABLE
CONTROLADA
VARIABLE
MANIPULADA
CONTROLADOR
m(t)
c(t)
e(t)=R(t)-c(t)
R(t)
En conjunto con el actuador que lo opera, recibe señalesdel sistema de control para modificar el flujo de masa oenergía al proceso. Los elementos finales de control más
Elemento final de control
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 559/718
563#
comunes son:- Válvulas de Control.- Reguladores de energía eléctrica.
- Reguladores de velocidad.- Bombas y alimentadores.
De todos estos tipos, las válvulas de control representanun 95% o más de todas las aplicaciones en queinterviene un elemento final de control.
Válvulas de control
Una válvula de control interactúa directamente sobre lascorrientes del proceso con la finalidad de absorber unacantidad adecuada de caída de presión para así mantener al sistema total en balance bajo todas las condiciones de
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 560/718
564#
joperación. Mediante la regulación de caídas de presiónse logra el control inferencial de flujo, nivel, presión,temperatura, p.H., es decir todas las variables vistas
anteriormente de ahí su importancia. Su aplicación haavanzado desde sus comienzos en los 30´s, a ser un arteen los 50´s y casi una ciencia en los 70´s. La selección dela válvula adecuada requiere la consideración de muchos
factores, para cubrir las demandas del proceso en loreferente a características de control y confiabilidadmecánica.
Válvulas de control
SIGNAL FROMCONTROLLER
DIAPHRAGMACTUADOR
SEÑAL DELCONTROLADOR
DIAFRAGMA
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 561/718
565#
ASIENTO
OBTURADOR
VASTAGO
CUERPO
FLUJOMANIPULADO
Ensamble de una
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 562/718
566#
válvula de control
ATC
Características de control
Se refiere a la verificación del flujo que pasa a través deuna válvula como una función del viaje del tapón de laválvula y cubre dos casos; el primero, cuando seconsidera a la válvula como un elemento aislado y a este
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 563/718
567#
comportamiento se le conoce como característicainherente, ésta dependerá únicamente del diseño de losinteriores de la válvula, los principales tipos de
características inherentes son:
- Abertura rápida- Lineal
- Parabólica modificada- Mariposa y bola caracterizada- Igual porcentaje
Característica inherente de la válvula de control
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 564/718
568#
Característica de la válvula de control
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 565/718
569#
Tapón curveado
APERTURA RAPIDALINEAL
MODIFICADO %IGUAL %
Características instaladas de la válvula decontrol
El segundo Cuando la válvula ha sido instalada, sucomportamiento cambiará, de acuerdo con el sistema y alporcentaje de caída de presión de la válvula con respecto
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 566/718
570#
a la caída de presión total del sistema.Ahora esta característica se conoce como instalada y esla que definirá el comportamiento de la válvula en elsistema. Si los cambios en la carga son poco
apreciables, la selección de la característica de la válvulaes de poca importancia debido a que las variaciones en elpunto de control serán pequeñas. Pero cuando grandesvariaciones en la presión y en la carga ocurran, que es lo
más común, se requerirán respuestas rápidas de laválvula, siendo esta respuesta función de la característicainherente de la válvula
Válvula de control Lineal
La relación entre la abertura de la válvula y el flujo a caídade presión constante es una línea recta. Son usadas enlas siguientes aplicaciones:- En procesos lentos.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 567/718
571#
- Cuando más del cuarenta por ciento de la caída depresión del sistema ocurre en la válvula.- Cuando la mayoría de los cambios en el proceso sean
resultado de carga.- Como primer alternativa en las aplicaciones de control denivel.
Válvula de control de igual porcentaje
En este caso la relación es exponencial. La principalpropiedad de esta característica es que a igual incrementoen el movimiento del vástago de la válvula, producirá un
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 568/718
572#
cambio de igual porcentaje en el flujo a caída de presiónconstante, basado en el flujo antes que el cambio seahecho. Se utiliza en:- En procesos rápidos.- Cuando alta rangeabilidad es requerida.- Cuando la dinámica del proceso no sea bien conocida.-
Válvula de control de igual porcentaje
- En cambiadores de calor cuando un incremento en elflujo del producto, requiere mucho mayor incremento en el
di d f i i l i
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 569/718
573#
medio de enfriamiento o calentamiento.- Para cierre rápido.Como primera alternativa en aplicaciones de control de
flujo y Presión.
Válvula de control de igual porcentaje
Una válvula con característica de igual porcentaje pierdesu característica inherente a medida que esta absorbamenos de la caída de presión dinámica del sistema,
É
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 570/718
574#
tendiendo hacia la característica lineal. Ésta es aún lamejor elección cuando la dinámica del sistema no es bienconocida, para esto mantiene una característica deseable
de control sobre un amplio rango de las caídas de presióndinámicas. Tiene también amplia rangeabilidad, la cual esdeseable cuando las cargas del sistema no son bienconocidas.
Válvula de control de abertura rápida
No es común asignarle una definición matemática a estacaracterística. Su comportamiento es aproximadamentelineal en un 25% del viaje del tapón desde que éste se
t d t i t l j d l 60%
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 571/718
575#
encuentra cerrado, y en este intervalo se maneja del 60%al 70% del flujo total. Si se usa en este rango se puedeconsiderar como lineal, su uso fuera del mismo es raroexcepto en servicio abierto-cerrado. Son usadas en:
- Control de dos posiciones.- Cuando la máxima capacidad de la válvula debe ser obtenida rápidamente.
Consideraciones mecánicas de una válvula decontrol
Las consideraciones mecánicas de una válvula de controlse basan en la construcción física de la misma, que constade dos partes: cuerpo y actuador .
El l d l ál l d l j
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 572/718
576#
El cuerpo es la parte de la válvula de control que manejael fluido de proceso. Cuando éste se encuentraadecuadamente operado por un actuador, modulará el
flujo del fluido del proceso para ayudar a regular lapresión, flujo, temperatura, nivel o alguna otra variable, enun sistema de control en particular. El ensamble delcuerpo de la válvula consiste en un cuerpo resistente a lapresión, un bonete o ensamble de cierre superior y losinteriores.
Cuerpo de la válvula de control
Generalmente el estilo y forma de la válvula depende deltipo de interiores que ésta contiene, además de losrequerimientos de conexiones que necesita la tubería enparticular.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 573/718
577#
Debido a las crecientes necesidades de los procesos sehan desarrollado una extensa variedad de tipos de
cuerpos de válvulas de control, sin embargo, con tres tiposde válvulas se puede satisfacer prácticamente la mayoríade las aplicaciones normales de control: bola, mariposa yglobo. Aunque existen otros tipos como: tapón, diafragma,
compuerta y solenoide.
Válvula de control tipo Bola
El diseño básico de estas válvulas no fue pensado paracontrol, debido a que el flujo crítico se da cuando la caídade presión a través de éstas alcanza el 15% de la presión
de entrada contra el 50% normal en otros diseños lo quei i bl d i bilid d i ió
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 574/718
578#
de entrada contra el 50% normal en otros diseños, lo queorigina problemas de inestabilidad como cavitación,flasheo o ruido, en condicionesque en otro tipo de válvulas no
ocurrirían, por lo que su uso esen servicios on-off
Válvula de control tipo Bola
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 575/718
579#
Válvula de control tipo Bola
V E N T A J A L I M I T A C I O N E S
Alta calidad para un diámetro dado. Presión de operación limitada.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 576/718
580#
Buenas características de control. No es recomendable para serviciosde alta caída de presión.
Alta rangeabiliad.
Bajo costo. Necesita actuadores poderosos.
Maneja fluidos fibrosos, viscosos ylodos.
Mantenimiento difícil, por necesitar removerse de la tubería.
Válvula de control tipo Mariposa
Este tipo de válvulas es probablemente uno de los diseñosmás antiguos aún en uso, originalmente fue usada enmuchos de los primeros hornos de tiro natural, el regulador
de tiro usado en las estufas de cocinas antiguas es una
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 577/718
581#
de tiro usado en las estufas de cocinas antiguas es unaválvula de mariposa. Esta válvula fue ampliamenteaceptada solo a partir de los 20´s, y es a partir de entoncescuando su diseño original ha experimentado grandes
variaciones y mejoras hasta llegar a ser un dispositivo decontrol confiable, capaz de producir altas caídas de presióny asegurar cierre firme, además, sus características de
auto limpieza y su patrón de flujo lineal son adecuadospara algunos servicios sólidos-líquidos.
Válvula de control tipo Mariposa
Su operación consiste en la rotación de un disco usualmente90º, lo que hace variar el área entre las paredes del cuerpo
y el disco lo que originará una regulación del flujo a travésde la válvula
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 578/718
582#
y el disco, lo que originará una regulación del flujo a travésde la válvula
Válvula de control tipo Mariposa
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 579/718
583#
Válvula de control tipo Mariposa
Altas capacidades, para un tamañodado.
Económicas, especialmente entamaños grandes.
Los torques operacionales pueden ser altos, haciendo necesarios actuadoresgrandes si la válvula es grande o la caída
de presión es alta. (si no usa diseñosi l d b j t )
V E N T A J A S L I M I T A C I O N E S
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 580/718
584#
g
Caracterizada por tener altarecuperación de presión.
No permite la formación de
sedimentos, adecuada para lodos.
Requiere un espacio mínimo para suinstalación.
Fácilmente disponibles en tamaños
grandesPocas partes para dar mantenimiento
especiales de bajo torque).
El cierre depende del uso de asientosresilientes los que están limitados por latemperatura.
La acción reguladora, en algunos diseñoses limitada a un viaje de 60º.
Rangeabilidad limitada
Válvula de control tipo globo
Bajo esta denominación se encuentra cubierto un número dediseños que permiten como características común la forma deglobo en todos estos. Este tipo de válvulas son las más
comúnmente usadas y cuando el término válvula de control se
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 581/718
585#
comúnmente usadas y cuando el término válvula de control semenciona, normalmente se piensa en una válvula tipo globo. Laforma en que estas válvulas logran la acción de control, es:
Tipos de válvulas de control tipo globo
Válvulas de puerto sencillo.
Válvulas de puerto doble.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 582/718
586#
Válvulas de puerto doble.
Válvulas de caja.
Válvulas de ángulo.
Válvulas de tres vías.
Tipos de válvulas de control tipo globo
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 583/718
587#
VALVULA DE GLOBO
DE PUERTO SIMPLE
VALVULA DE GLOBO
DE PUERTO DOBLE
Válvulas tipo globo de puerto sencillo
Esta válvula tiene un puerto único.Debido a su construcción simple,fácil accesibilidad y economía en
su diseño básico, estas válvulasson de uso extenso y se puede
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 584/718
588#
,son de uso extenso y se puedeconsiderar que intervienen en lainmensa mayoría de las
aplicaciones que requiere unaválvula de control. Proporcionancierre hermético, pero debido adeficiencias en el diseño de tapón,este estará sujeto a fuerzas dedesbalance por lo que se debenusar actuadores de mayor poder.
Válvulas tipo globo de puerto doble
Estas reducen hasta en un 70% la magnitud de las fuerzasde desbalance, debido a que las fuerzas de desbalanceentre el tapón superior tienden a compensarse. La principaldesventaja de este diseño es la de no poder proporcionar cierre hermético debido a deficiencias en el maquinado de
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 585/718
589#
qlos interiores.
Esta es el mejor modelo de válvula
anticaviatación disponible ya quedisminuye alrededor del 98% de lapresión corriente arriba en algunoscasos sin cavitación. Su uso ha
sido desplazado por su alto costo,gran tamaño y baja recuperación depresión.
Válvulas tipo globo de caja
Esta usa un pistón que hace lasveces de tapón, rodeado por unacaja cilíndrica que a la vez desostener el anillo del asientodefine la característica de la
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 586/718
590#
válvula, permite mayores caídasde presión sin causar mayor
inestabilidad. Su principalventaja es su facilidad demantenimiento, y su principaldesventaja es que sólo puede
proporcionar cierre herméticocon diseños especiales, lo queeleva el costo de la válvula.
Válvulas de globo tipo ángulo
Aunque su uso es poco común, sudiseño las hace adecuadas enservicios con alta caída de presión,en aplicaciones en las que haya decubrir requerimientos especiales de
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 587/718
591#
arreglos de tuberías, para serviciosque requieran autodrenaje o para
servicios erosivos en donde elchoque con partículas sólidas debeser evitado. Son utilizadas confrecuencia en sistemas de control
de presión y nivel, donde elespacio es reducido.
Otros tipos de válvulas
Una válvula de tres posiciones se utiliza para desviar (dividir) el flujo. Algunas requieren actuadores poderosospor las fuerzas no balanceadas que actúan en el
obturador.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 588/718
592#VALVULA TIPO Y
PUERTO A
PUERTO B
FUENTE
VALVULA DE TRES POSICIONES (VALVULA DE DESVIO)
Dimensionamiento de una válvula
Al seleccionar una válvula se debe tener cuidado en:Datos de la aplicación:
Velocidad máxima y mínima del flujoCaída de presiónTemperatura del fluido
Datos del fluido
Nombre del fluidoFase (gas, líquido)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 589/718
593#
(g q )Densidad (gravedad especifica, peso especifico, peso molecular)Viscosidad (líquidos)Presión de vapor (gases)
Influencia de la tuberíaPresencia de reductores u otras perturbaciones
Dimensionamiento de una válvula
Influencia del sistemaDinámica del control (Es el sobredimensionamiento importante)Factor económicoSeguridad
Estilo de la válvula (basada en aplicación)Capacidad
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 590/718
594#
resistencia a la erosión y corrosiónCálculos del dimensionamiento
Coeficientes del tamaño
Formulas de selección
Capacidad Cv de una Válvula de control
La capacidad de una válvula referida en unidades de Cv,esto es el número de galones por minuto de agua quepasan a través de la válvula con una caída de presión de
una lb/pulg2
a 60ºF, es función de su diseño y deldiámetro del puerto de la válvula. Esta capacidad variará
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 591/718
595#
p pmucho de diseño a diseño y en caso extremos de flujomáximo y mínimo alguno de estos diseños será incapaz
de manejarlos, la válvula de mariposa y la de bolacaracterizada son capaces de manejar eficientementeflujos altos, mientras que una válvula de globo quemanejará estos mismos flujos generalmente es muyvoluminosa y pesada en comparación a las anteriores.
Es la relación entre el flujo máximo y el flujo mínimocontrolable, donde controlable implica que la desviación noexceda ciertos límites establecidos a partir de sucaracterística inherente de flujo y es importante cuando:
- Indica el punto en que la válvula actuará como un
Rangeabilidad de una Válvula de control
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 592/718
596#
- Indica el punto en que la válvula actuará como undispositivo abierto-cerrado o pierde control completamentedebido a fugas.- Establece el punto en el que la característica de empujeascendente del flujo se desvía de lo separado.- Una válvula deberá manejar eficientemente varias
condiciones de flujo alejadas entre sí.
Las válvulas de mariposa y bola caracterizada son las quemejores características de rangeabilidad ofrecen.
Ejemplo
Obtener la característica Cv de la válvula dado:Fluido: Agua salada
Gravedad especifica: 1.2
Velocidad de flujo máxima : 250 gpm
ΔP a flujo máximo: 10 psiVelocidad de flujo mínima : 40 gpm
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 593/718
597#
Velocidad de flujo mínima : 40 gpm
ΔP a flujo mínimo: 25 psi
Sabiendo que su ecuación es:
P
Gqcv
Δ=
8710
2.1250 ==vc
7.825
2.140)minimo( ==vc
Rangeabilidad 10:1
Recomendación…
Existen muchos factores para seleccionar una válvula, el ejemplo anterior, soloaplica a líquidos incompresibles y con un numero de Reynolds mayor a 500, sise desea conocer más técnicas se recomienda el“ISA Handbook of control Valves” o
“ISA standard S39.4”
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 594/718
598#
Cantidadde flujoque pasa
a travésde una
Fugas en una Válvula de control
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 595/718
599#
válvulacompleta-
mentecerrada
CARACTERÍSTICAS TIPO GLOBO TIPO MA RIPOSA TIPO BOLACARACTERIZADA
TAMAÑO 1” a 24” 1” a 150” 1” a 24”
PRESIÓN DE DISEÑO Hasta 400Kg/cm² Hasta 400Kg/cm² Hasta 100Kg/cm²
TEMPERATURA DE DISEÑO CriogénicasHasta 650º C
CriogénicasHasta 1000º C
Criogénicas hasta500 ºC
MÁXIMA CAIDA DEPRESIÓN
70-210Kg/cm² 70 20
RANGE ABILIDAD 35:1 100:1 300:1
CARACTERÍSTICAS DEFLUJO
Igual porcentaje, aperturarápida, lineal.
Igual porcentaje. Igual porcentaje.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 596/718
600#
CAPACIDADES DE FLUJONO CRÍTICO
13d² 20d² A60º, 45d² 30d²
CRITICO 10 d² 12d² A60º, 20d²A90º
15d²
FUGAS Puerto sencillo (metal):Clase IVPuerto sencillo (suave):Clase VIInteriores balanceados(metal): Clase IIInteriores Balanceados(suaves):Clase V.
Revestidos: Menosde 1 burbu Norevestidos hasta 5%cap. Max.
Sellos suave: mejorClase VSellos metálicos:Clase IV.
SERVICIO Líquidos limpios, suciosgases y vapores.
Líquidos limpios,viscosos, gases yvapores.
Líquidos limpios,suaves, viscosos,gases, vapores ylodos fibrosos.
Actuadores
Las válvulas pueden ser accionadas neumáticamente,eléctricamente o hidráulicamente. El actuador neumático esel más ampliamente utilizado. Es simple, barato, no tiene
fricción y su velocidad es limitada sólo por el índice con elcuál el aire puede ser mandado al actuador y retirado deli
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 597/718
601#
mismo.La posición a falla de la válvula es la posición de la válvula
cuando la energía (suministro de aire) falla. Puede estar abierta, cerrada en la última posición o desconocida.Aunque los actuadores de resorte-diafragma proporcionanuna operación de falla segura por diseño, algunosactuadores de pistón requieren accesorios paraproporcionar operación de falla segura.
Actuadores
SEÑAL DELCONTROLADOR DIAFRAGMA
ACTUADOR
RESORTE
PLACADIAFRAGMA
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 598/718
602#
VASTAGO
CUERPO
Acciones de los actuadores
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 599/718
603#
Incremento(aire para cerrar)
Decremento(aire para abrir)
Posicionadores
La función de un posicionador de válvula es sensar la señal delinstrumento y la posición del vástago de la válvula y asegurar que la válvula se mueve en la posición correcta de acuerdo a laseñal del controlador. Se considera como un controlador de lazocerrado que tiene a la señal del instrumento como la entrada, elsuministro de aire como la salida al actuador y retroalimentacióndesde la posición física del vástago de la válvula
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 600/718
604#
desde la posición física del vástago de la válvula.
Los posicionadores pueden:• Incrementar la potencia disponible para mover la válvula.• Invertir la señal a la válvula.• Vencer las fuerzas dentro de una válvula provocadas por
la fricción o la presión alta a través de la válvula.No todas las válvulas requieren posicionadores. Una válvula conun recipiente de diafragma con resorte puede regular sin él.
SEÑAL DE INSTRUMENTO POSICIONADOR SUMINISTRODE AIRE
Posicionadores
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 601/718
605#
POSICIÓN DEL VÁSTAGODE LA VÁLVULA
ACTUADOR
CUERPO
Posicionador tipo Movimiento-Equilibrio
ACTUADOR
SALIDA
RELAY
ENTRADA
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 602/718
606#
CONEXIÓN
SUMINISTRO FUELLE
BOQUILLA
INDICADOR
Otros elementos finales de control
• Variadores de velocidad
• Servomotores
• Bombas
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 603/718
607#
Variadores de velocidad
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 604/718
608#
Los convertidores de frecuencia son ideales para múltiplesaplicaciones de accionamiento de velocidad variable, como
bombas, ventiladores y sistemas de transporte (por ejemplo, bandas transportadoras), entre otras.
Aplicaciones de los variadores de velocidad
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 605/718
609#
1. Control basado en PWM o relación V/F2. Tecnología basada en dispositivos de estado solido (IGBT)3. Microprocesador de control digital4. Control de corriente de flujo (FCC) para una mejor respuesta Dinámica y
control optimizado del motor 5. Rearranque automático siguiente a estado de falla o falta de red6. Controlador PI para control simple de procesos
Características de los variadores de velocidad
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 606/718
610#
7. Aceleración/desaceleración programable de 0 s hasta 650 s8. Suavizado de rampa de aceleración/desaceleración
9. Límite de corriente rápido (FCL) para operación libre de fallas10. Tiempo de respuesta de las entradas digitales rápido y repetitivo11. Ajuste fino de velocidad utilizando una entrada analógica de 10-bits
Servomotores
Los servos son un tipo especial de motor que se caracterizan por sucapacidad para posicionarse de forma inmediata en cualquier posicióndentro de su rango de operación. Para ello, el servo espera un tren depulsos que corresponden con el movimiento a realizar.
Están generalmente formados por un amplificador, un motor, la reducciónde engranaje y la retroalimentación, todo en un misma caja depequeñas dimensiones. El resultado es un servo de posición con unmargen de operación de 180° o 360º
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 607/718
611#
margen de operación de 180 o 360 .
Servomotores
Disponen de tres conexiones electricas: Vcc (roja), GND(negra) y entrada decontrol (amarilla). Estos colores de identificación y el orden de las conexionesdependen del fabricante del servo. Es importante identificar las conexiones yaque un voltaje de polaridad contraria podría dañar el servo.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 608/718
612#
Funcionamiento de un Servomotor
El control de un servo se limita a indicar en que posición se debe situar.Estas "ordenes" consisten en una serie de pulsos. La duración del pulsoindica el ángulo de giro del motor. Cada servo tiene sus márgenes deoperación, que se corresponden con el ancho del pulso máximo y mínimoque el servo entiende. Los valores más generales corresponde convalores entre 1 ms y 2 ms, que dejarían al motor en ambos extremos.
El valor 1,5 ms indica la posición central, mientras que otros valores delpulso lo dejan en posiciones intermedias. Estos valores suelen ser los
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 609/718
613#
p j precomendados, sin embargo, es posible emplear pulsos menores de 1 mso mayores de 2 ms, pudiéndose conseguir ángulos mayores de 180°.
Funcionamiento de un Servomotor
Si se sobrepasan los límites de movimiento del servo, éste comenzará aemitir un zumbido, indicando que se debe cambiar la longitud del pulso.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 610/718
614#
Funcionamiento de un Servomotor
El periodo entre pulso y pulso no es crítico, e incluso puede ser distintoentre uno y otro pulso. Se suelen emplear valores entre 10 ms y 30 ms. Siel intervalo entre pulso y pulso es inferior al mínimo, puede interferir con latemporización interna del servo, causando un zumbido, y la vibración delbrazo de salida. Si es mayor que el máximo, entonces el servo pasará a
estado dormido, entre pulsos. Esto provoca que se mueva con intervalospequeños.
Es importante destacar que para que un servo se mantenga en la misma
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 611/718
615#
Es importante destacar que para que un servo se mantenga en la mismaposición durante un cierto tiempo, es necesario enviarle continuamente elpulso correspondiente. Si se deja de enviar pulsos (o el intervalo entrepulsos es mayor del máximo) entonces el servo perderá fuerza y dejará deintentar mantener su posición, de modo que cualquier fuerza externapodría desplazarlo.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 612/718
INTRODUCCIÓN
CONTROL.- Acción o conjunto de acciones
que buscan conformar una magnitud variable,o conjunto de magnitudes variables , en un
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 613/718
617#
patrón determinado.
CONTROL CLASICO
CONTROL ROBUSTO CONTROL PREDICTIVO CONTROL OPTIMO
CONTROL AVANZADO
PROPORCIONAL INTEGRAL DERIVARTIVO
SOFTWARE
TODO-NADA
REGULATORIO
SERVO
INTRODUCCIÓN
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 614/718
618#
CONTROL MODERNO
CONTROL OPTIMO
HARDWARE
CONTROLINDUSTRIAL
DE EQUIPOS YPROCESOS
CONTROL INTELIGENTE LOGICA DIFUSA
REDES NEURONALES ALGORITMOS GENETICOS
CONTROL DISTRIBUIDOREDES DE COMUNICACIONCONTROL DIGITAL UNITARIOSISTEMAS MINIMOSSCADALAZOS UNITARIOS
JERARQUÍA DE CONTROL
OPTIMIZACIÓN
CONTROL REGULATORIO AVANZADORelación, Cascada, Prealimentación
TECNICAS DE CONTROL
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 615/718
619#
PROCESO
CONTROLES DE SEGURIDAD
CONTROL REGULATORIO BASICORetroalimentación
ELEMENTO
FINAL DECONTROL
PROCESO
ELEMENTO
PRIMARIODE MEDICION
PERTURBACIONES
VARIABLE VARIABLECONTROLADA
MANIPULADA
d(t)
Sensor Actuador
TERMINOLOGÍA DE CONTROL AUTOMÁTICO
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 616/718
620#
CONVERTIDOR O
TRANSDUCTOR
TRANSMISOR
PUNTO DE AJUSTE
CONTROLADOR
Señal normalizada Señal normalizada
TERMINOLOGÍA DE CONTROL AUTOMÁTICO
• Sistema de control
• Lazo abierto• Control retroalimentado• Lazo cerrado• Señal normalizada• Transmisor • Sensor • Variable controlada• Actuador
• Controlador
• Valor de referencia (SP)• Error • Perturbación• Estabilidad• Algoritmo• Sintonización• Constante de tiempo• Ganancia del proceso
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 617/718
621#
• Variable manipulada
SISTEMAS DE CONTROL.- Arreglo de dispositivos cuya
finalidad es mantener un proceso dado, dentro de un patrónde comportamiento predeterminado.
LAZO ABIERTO es aquella en los que la decisión y laacción, se realiza con la intervención del elemento
humano
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 618/718
622#
ENTRADA
SALIDA
CARACTERISTICAS DEL CIRCUITODE CONTROL ABIERTO
LAS ACCIONES DEL CONTROL SON PRECISAS (CON CALIBRACION
ADECUADA). ES INHERENTEMENTE ESTABLE. ES BARATO Y SENCILLO. EL CONTROL DEPENDE DE LA
EXPERIENCIA DEL OPERADOR
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 619/718
623#
GAS COMBUSTIBLE
CIRCUITO DE CONTROL ABIERTO
EXPERIENCIA DEL OPERADOR. NO SE PUEDEN COMPENSAR TODAS
LAS PERTURBACIONES.
LAZO CERRADO
EN LOS CIRCUITO CERRADOS TODAS LAS ETAPAS
NECESARIAS PARA EL CONTROL, SONREALIZADAS POR DISPOSITIVOS Y EL ELEMENTOHUMANO SOLO SUPERVISA SU FUNCIONAMIENTO
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 620/718
624#
SE AUMENTA LA EXACTITUD DELCONTROL.
SE REDUCEN LOS EFECTOS DE LAS PERTURBACIONES. ES MAS ESTABLE QUE EL CONTROL PREALIMENTADO. ES EL MAS CONOCIDO Y USADO. LAS PERTURBACIONES SOLO SE
CARACTERISTICAS DEL CIRCUITO DE CONTROL
RETROALIMENTADO
TIC
213
VAPOR TE213
TY
213
IP
TV
213
213
TT
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 621/718
625#
CORRIGEN HASTA QUE ALTERARON EL PROCESO.
NO ELIMINA LOS TIEMPOS MUERTOS. MAS CARO, COMPLEJO Y DE
MANTENIMIENTO MAS DIFICIL QUE LOS CIRCUITOS
ABIERTOS. MAS INESTABLE QUE LOS CIRCUITOS ABIERTOS
DEL REACTOR ALIMENTACIÓN
V-213 CONDENSADO
AL REACTOR
213
UNA VARIABLE CONTROLADA ES UNA MAGNITUD O CONDICION DEL
PROCESO OBJETO DEL CONTROL, LA CUAL ES DIRECTAMENTEMEDIDA Y CONTROLADA.
UNA VARIABLE MANIPULADA ES UNA VARIABLE DE PROCESO,CUYA MAGNITUD ES MODIFICADA PARA ELIMINAR EL ERRORPRESENTE EN EL SISTEMA.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 622/718
626#
“UN SISTEMA ES LLAMADO ESTABLE SI SU SALIDA ES ACOTADA PARACUALQUIER ENTRADA ACOTADA”
VARIACION
RESPUESTA
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 623/718
627#
ESQUEMATIZACION DE UN PROCESODESDE EL ENFOQUE DEL CONTROL
RESPUESTA
FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA: se define como larelación de la variable de salida de un proceso, sobrela entrada al mismo. Define las características de
estado estacionario y dinámico, es decir, larespuesta total de un sistema que se describamediante una ecuación diferencial lineal y sus
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 624/718
628#
ed a te u a ecuac ó d e e c a ea y sus
términos determinan si el sistema es estable o no.
G sY s
X s
K a s a s a s
b s b s b s
m
m
m
m
n
n
n
n( )
( )
( )
( ... )
... )= =
+ + + +
+ + + +−
−
−−
1
1
1
1 1
1
1
ESTABILIDAD: “Un sistema es llamado estable si susalida es acotada para cualquier entrada acotada”.
La estabilidad de un sistema lineal se determina del
análisis de las raíces de la ecuación característica yes equivalente a plantear en el plano-s la localizaciónde polos:
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 625/718
629#
p
G(s)+
H(s)
-
E(s)X(s) Y(s)
__________ Y(s) G(s)X(s) 1 + G(s)H(s)
= ___
Ecuación característica: 1 + G(s)H(s) = 0
DISTURBIO.- Cualquier cambio en el proceso que afecta adversamente lacantidad o variable controlada. Ejemplos:
- Un disturbio en la cantidad o variable controladaAl controlar flujo – cambia el caudalAl controlar nivel – cambia la velocidad del flujo que sale
del tanqueAl controlar temperatura – entra más producto
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 626/718
630#
- Cambio en la calidad del agente de control, tal como:La calidad del vapor cambia
- Cambio de las condiciones ambientalesCombustión – Cambia la temperatura del aire exterior
CAMBIO EN RESPUESTA
DINÁMICA DEL PROCESO (RESPUESTA AL CAMBIO)
El proceso ha sido definido como un cambio químico o físico o de conversión deenergía. Las estrategias de control sirven para controlar estos cambios.Pocos procesos son instantáneos: Casi todos requieren algún tiempo para quela salida complete su respuesta a un cambio en la entrada. Las respuestas
dinámicas de la mayoría de los procesos pueden ser representadas por combinaciones de dos elementos: retrasos de primer orden y tiempo muerto.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 627/718
631#
LA ENTRADA EN LA SALIDA
PROCESOTIEMPO MUERTOMAS RETARDO
DE PRIMER ORDEN
PARAMETROS DE ESTABILIDAD:
•GANANCIA•CONSTANTE DE TIEMPO
•TIEMPO MUERTO
DINÁMICA DEL PROCESO
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 628/718
632#
TIEMPO MUERTO
GANANCIA
Definida como el cambio en estado estable de la
salida por una unidad de cambio en la entrada y
define la sensibilidad del proceso.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 629/718
633#
CONSTANTE DE TIEMPO
En una constante de tiempo se alcanza el 63.2% del
cambio total y en consecuencia guarda relación con la
velocidad de respuesta de un proceso.
PRIMER CONSTANTEDE TIEMPO
L A S A L I D A %
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 630/718
634#
DE TIEMPO
TIEMPO
100%
63.2%
0%
CAMBIO EN LA ENTRADA
PROCESO
C A M B I O
E N
TIEMPO MUERTO
Es el intervalo de tiempo en que una perturbación entra al
proceso y empieza a responder. Se conoce como tiempo
muerto, retardo de tiempo o retardo de transporte.
TIEMPO MUERTO
CAMBIO EN LA
INICIO DEL CAMBIOEN LA ENTRADA
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 631/718
635#
CAMBIO EN LAENTRADA
PROCESO
RETRASO DE PRIMER ORDEN
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 632/718
636#
TIEMPO
0 1 2 3
ENTRADA
SALIDA
4 5
RETRASO DE PRIMER ORDEN MAS TIEMPOMUERTO
SALIDA
Td
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 633/718
637#
0 1 2 3
TIEMPO
ENTRADA
4 5
Td =TIEMPO MUERTO
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 634/718
638#
PROCESOS AUTORREGULABLES
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 635/718
639#
PROCESO NO AUTO-REGULABLES
LA TEORIA DEL CONTROL AUTOMATICO DEFINE ENEXPRESIONES MATEMATICAS EL COMPORTAMIENTODE LOS SISTEMAS DESDE EL ENFOQUE DE SUS
INTERRELACIONES DINAMICAS.EXISTEN DOS PRINCIPALES ENFOQUES DE ESTATEORIA:
TEORÍA DEL CONTROL AUTOMÁTICO
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 636/718
640#
• TEORIA CLASICA DEL CONTROL AUTOMATICO•TEORIA MODERNA DEL CONTROL AUTOMATICO
TEORIAS DEL CONTROL AUTOMATICO
TEORIA CLASICA DELCONTROL AUTOMATICO
TEORIA MODERNA DELCONTROL AUTOMATICO
• OCURRE EN EL DOMINIO DE LAFRECUENCIA COMPLEJA
• SOLO MANEJA UNA ENTRADA Y UNASALIDA (SISO)
• PARA PROCESOS CON PEQUEÑAS NOLINEALIDADES, INVARIANTES EN ELTIEMPO Y CON TIEMPOS MUERTOSPEQUEÑOS
• OCURRE EN EL DOMINIO DEL TIEMPO
• MANEJA MULTIPLES ENTRADAS YMULTIPLES SALIDAS (MIMO)
• PARA PROCESOS CON FUERTES NOLINEALIDADES, VARIABLES EN ELTIEMPO Y CON TIEMPOS MUERTOSGRANDES
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 637/718
641#
PEQUEÑOS
• NO MANEJA INTERACCIONES
• NO MANEJA RESTRICCIONES
• ES EL ENFOQUE MAS UTILIZADO
• SE DEFINE POR EL ALGORITMO PID
GRANDES
• MANEJA EFICIENTEMENTEINTERACCIONES
• MANEJA EFICIENTEMENTERESTRICCIONES
• NO ES COMUN SU UTILIZACION
• SE DEFINE POR LA ECUACION DEESTADO DEL CONTROL
Ecuacion PID:m(t)=Kc*e(t) + 1/TI*∫e(t)*dt + TD* de(t) + Mo donde:
d(t)
m(t) es la variable manipuladae(t) es el error y a su vez es igual a R(t) - c(t)R(t) es la variable de referencia o punto de ajustec(t) es la variable controladaKc es la ganancia del controlador
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 638/718
642#
Kc es la ganancia del controlador
TI es el tiempo de IntegralTD es el tiempo de DerivadaMo es la constante de polarización del controlador
(normalmente 50%)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 639/718
643#
LA TEORIA CLASICA DEL CONTROL AUTOMATICOBASA SU DESARROLLO EN LA UTILIZACION YAJUSTE DE LA ACCION Y MODOS DE CONTROL
DE LOS CONTROLADORES
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 640/718
644#
LOS MODOS DE CONTROL SON
ALGORITMOS BAJO LOS CUALES OPERANLOS CONTROLADORES, QUE FUNCIONANDENTRO DE LO ESTABLECIDO POR LA
TEORIA CLASICA DEL CONTROL Y SON:•MODO PROPORCIONAL(P DOS POSICIONES)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 641/718
645#
(P, DOS POSICIONES).
•MODO INTEGRAL (I)
•MODO DERIVATIVO (D).
LA SEÑAL DE SALIDA (m(t)) ES PROPORCIONALA LA SEÑAL DE ERROR PRESENTE EN ELSISTEMA (e(t)).
m(t) ∝ e(t)
QUE SE TRANSFORMA A:
MODO PROPORCIONAL
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 642/718
646#
m(t)= Kc e(t) + MoDONDE:Kc.- Ganancia del controlador.Mo.- Constante de polarización del controlador.
20151050
r=1
XK=5
K=2
K=1
t
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 643/718
647#
EFECTO DE LA GANANCIA SOBRE UNDISTURBIO.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 644/718
648#
EL EFECTO DE LA INTEGRAL SOBRE UNAFUNCION MATEMATICA, ES LA DEDETERMINAR EL AREA BAJO LA CURVA
DEFINIDA POR DICHA FUNCION, CONRESPECTO A UNA REFERENCIA DADA.EL MODO INTEGRAL AGREGA UN EFECTOEQUIVALENTE A LA INTEGRACION DEL
MODO INTEGRAL (I)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 645/718
649#
ERROR DE LA CURVA DE REACCION DELPROCESO
20151050
r=1
X Ti=1
Ti=2
Ti=5
Ti=
t
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 646/718
650#
EFECTO DEL TIEMPO DE INTEGRAL SOBREUN DISTURBIO.
EL EFECTO DE LA DERIVADA SOBREUNA FUNCION MATEMATICA, ES LA DEDETERMINAR LA RAZON DE CAMBIO DE
LA CURVA DEFINIDA POR DICHAFUNCION, CON RESPECTO A UNAVARIABLE DADA.EL CONTROL DERIVATIVO ANTICIPA EL
MODO DERIVATIVO (D)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 647/718
651#
EFECTO DE CORRECCION, DEMANERA QUE SE CONTRARRESTE ELTIEMPO MUERTO
EL CONTROL DERIVATIVO "DETECTA"LA RAZON DE CAMBIO DEL ERROR(PENDIENTE), Y PROYECTA UN EFECTOMULTIPLICADO Td VECES, TAL QUE SEANTICIPE AL EFECTO FUTURO DEL
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 648/718
652#
ERROR e(t).
20151050
r=1
X T =0.1D
T =0.7D
T =4.5D
t
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 649/718
653#
EFECTO DEL TIEMPO DE DERIVADA SOBREUN DISTURBIO.
Los modos PI son específicos cuando no existetiempo muerto, los cambios de carga sonmoderados, y no se aceptan los efectos delcorrimiento
CONTROL PI
1Escalón unitario
e(t)
K
Modo PI
u(t)
Modo P2K
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 650/718
654#
E(s) U(s)K (1+Ti s)
1+Ti s
t tTi
CARACTERISTICAS DEL CONTROL PI
•ESTE CONTROL ES EL QUE MEJORSATISFACE LA MAYORIA DE LASAPLICACIONES INDUSTRIALES QUENO TENGAN TIEMPO MUERTO.
•ES EL TIPO DE CONTROL MASCOMUNMENTE USADO, CON EL 85%DEL TOTAL.
•TIENE UNA RESPUESTA MUCHOMAYOR QUE EL CONTROL
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 651/718
655#
INTEGRAL SOLO Y TAMPOCOPRESENTA CORRIMIENTO.
•LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA SEDEMERITA.
•PUEDE GENERAR LA SATURACIONDEL ELEMENTO FINAL.
t
1Rampa unitaria
e(t)
t
Modo PDu(t)Modo PT
D
CONTROL PD
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 652/718
656#
E(s) U(s)K (1+T s)D
CARACTERISTICAS DEL CONTROL PD•ESTE CONTROL, ES CAPAZ DE SEGUIR CAMBIOSRAPIDOS EN LA VARIABLE DE PROCESO YCOMPENSAR RETRASOS EN TIEMPO.
•DEGRADA SU ACCION EN PROCESOS RUIDOSOS.
•CONSERVA EL CORRIMIENTO DEL MODOPROPORCIONAL, PERO MEJORA SU RESPUESTA.
G S
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 653/718
657#
•EN GENERAL AUMENTA LA ESTABILIDAD DELCIRCUITO.
•SE PREFIERE EL USO DEL CONTROL PID EN LUGARDEL PD.
CONTROL PID
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 654/718
658#
CARACTERISTICAS DEL CONTROL PID
•ESTA COMBINACION DE MODOS ES EL CONTROLCONVENCIONAL MAS COMPLEJO.•MEJORA EL COMPORTAMIENTO, DE LOS CONTROLES DEDOS MODOS.•COMPENSA LOS RETRASOS EN TIEMPO, DEBIDOS
PRINCIPALMENTE A LA INSTRUMENTACION Y NO ALPROCESO, POR LA PRESENCIA DEL MODO DERIVATIVO.•DEBIDO AL MODO INTEGRAL, ESTE CONTROL NOPRESENTA CORRIMIENTO PERO PUEDE SATURAR AL
ELEMENTO FINAL
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 655/718
659#
ELEMENTO FINAL.•TIENDE A ESTABILIZAR AL SISTEMA.•EL PRINCIPAL PROBLEMA ES SU SINTONIZACIÓN.•EL 12% DE LOS CONTROLADORES SON PID, USADOSPRINCIPALMENTE EN CIRCUITOS DE TEMPERATURA, pH Y
ANALISIS.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 656/718
660#
Modos básicos de operación de uncontrolador
• Modo Manual/Automático: Determina quien establece la salida delcontrol: Manual:Operador, Auto: Algoritmo de control• Modo Local/Remoto: Determina quien establece el setpoint del
controlador Local:Desde el panel, Remoto: otro dispositivo
• Modo directo/Inverso: Determina si al 100% de la salida su valor normalizado es máximo (directo) o mínimo (inverso)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 657/718
661#
¿Sintonización?
Es el hecho de encontrar los parámetros óptimos delcontrolador (Ganancia proporcional, tiempo de integral ytiempo de derivativa)
¿Cómo Sintonizo?
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 658/718
662#
Existen técnicas analíticas, pero también existen técnicasempíricas como Ziegler-Nichols
Ziegler-Nichols
Procedimiento:
1. Colocar el Controlador en modo Auto con unaganancia proporcional pequeña, y las gananciasintegral y derivativa en cero.
2. Aumentar la ganancia proporcional hasta obligar a laplanta a tener una oscilación sostenida.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 659/718
663#
Oscilación sostenida
R e s p u e s t a d e l c o n t r o l p r o p o r c io n a l c o n K c u
0 0 0 3
0 . 0 0 4
0 . 0 0 5
0 . 0 0 6
0 . 0 0 7
0 . 0 0 8
0 . 0 0 9
F l u
j o
h i d r ó g e n o
2 6 . 9 7 S(0 .4 4 m in )
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 660/718
664#
0
0 . 0 0 1
0 . 0 0 2
0 . 0 0 3
1 5 1 5 .1 1 5 .2 1 5 .3 1 5 .4 1 5 .5 1 5 .6 1 5 .7 1 5 .8 1 5 .9 1 6T iemp o (m in )
Ziegler-Nichols
Medir el periodo de la oscilación y determinar con que gananciaproporcional se obtiene esta oscilación, emplear las siguientescorrelaciones:
------------------ K cu /2P
Tiempo de
Derivación.
Tiempo de
Integración
Ganancia
Proporcional
Tipo de Controlador
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 661/718
665#
T u /8T
u /2 K
cu /1.7 PID
---------T u /1.2 K
cu /2.2PI
cu
Respuesta obtenida
Detalle Flujo Alimentación
0.00426
0.00427
0.00428
0.00429
u j o
h i d r ó g e n o
( g r / s )
S.P. Flujo alimentación
Flujo alimentación
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 662/718
666#
0.00424
0.00425
0 10 20 30 40 50Tiempo (min)
F l
MÉTODO DE LAS OSCILACIONESAMORTIGUADAS DE ZIEGLER-NICHOLS
Incrementando la ganancia hasta encontrar una respuesta de uncuarto de decaímiento (la oscilación tiene 1/4 de la oscilación anterior).
t0
X
Tu
a b
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 663/718
667#
TuRazón de decaimiento = b/a =1/4
Controlador Ganancia Tiempo de integral Tiempo de derivada
P K c = 0.5 K cu - -
PI K c = 0.45 K cu T i = T u /1.2 -
PID K c = 0.75 K cu T i = T u /1.6 T D = T u /10
MÉTODO DE LA CURVA DE REACCIÓN DECOHEN-COON
Trabajar en forma manual o lazo abierto para determinar la relaciónde la salida con respecto a la entrada.
Introducir una función escalón de magnitud A en la variable u(t)obteniéndose una curva de reacción del proceso.
B
ym
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 664/718
668#
t0
R
td
MÉTODO DE LA CURVA DE REACCIÓN DECOHEN-COON
Controlador Ganancia Tiempo de integral Tiempo de derivada
P K c = ⎟
⎠
⎞⎜⎝
⎛ +
τ
τ
31
1 d
d
t
t K
- -
PI K c = ⎟
⎠
⎞⎜⎝
⎛ +
τ
τ
129.0
1 d
d
t
t K τ
τ
/ 209
/ 330
d
d
d i
t
t t t
+
+=
-
PID K c = ⎟
⎠
⎞⎜⎝
⎛ +
τ
τ
43
41 d
d
t
t K τ
τ
/ 813
/ 632
d
d
d i
t
t t t
+
+=
τ / 211
4
d
d D
t t t
+=
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 665/718
669#
¿Autosintonización?
• ¿Qué es?
• ¿Es confiable?
• ¿Siempre esta disponible?
• ¿Cómo se usa?
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 666/718
670#
TEORÍA MODERNA DE CONTROL
Se basa en la notación de estado, utilizada en elestudio de la Mecánica Dinámica y es unamanera conveniente de representar sistemas de
ecuaciones diferenciales de orden "n"(acopladas o no acopladas), de tal forma quesean expresadas como ecuaciones de vectores-matrices, permitiendo ser manipulados,transformados y estudiados mediante
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 667/718
671#
transformados y estudiados medianteprocedimientos sencillos de álgebra lineal, conlo que permitió mejorar el desempeño de los
Modelos Matemáticos y manejar modelos MIMO(Entradas Múltiples-Salidas Múltiples).
Ecuación de estado del control:
x(t) = A*x(t) - B*u(t)
y(t)=C*x(t) donde:
x(t) es el vector de las variables de estado (de magnitud n x 1)
u(t) es el vector de las variables manipuladas (de magnitud m x 1
y(t) es el vector de las variables de salida (de magnitud j x 1)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 668/718
672#
A es la matriz de parámetros de estado (de magnitud n x n)
B es la matriz de parámetros de entrada (de magnitud m x m)
C es la matriz de parámetros de salida (de magnitud j x j)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 669/718
Sistemas para pequeñas instalaciones decontrol
1. Control directo por PC
• La creciente capacidad de las PC's posibilita la decisión de manejar directamente laslabores de control y la actuación sobre los elementos finales, mediante las interfasesadecuadas.
• El soporte físico se constituye por un PC con un software de adquisición de datos ycontrol SCADA (Supervisory Control and Data Adquisition) y una adecuada interfasepara las entradas y salidas (E/S) de las señales de campo, a base de multiplexores y
convertidores A/D y D/A.• Los procesos que utilizan esta solución normalmente no incluyen lazos de controlcontinuos sobre los que haya de ejecutarse un algoritmo, pero, en su caso, podríaincluso ejecutarse éste, un número limitado, en la propia PC.
• Su desventaja radica en la frágil confiabilidad del sistema al depender sólo delprocesador de la PC (único y no muy robusto)
• Se usa en plantas con funciones de control de responsabilidad baja.• En cualquier otro caso, la opción a considerar debe ser la utilización de PLC's para lasl b d t l l PC l t l i t d it i ió
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 670/718
674#
labores de control y la PC a las tareas exclusivamente de monitorización, como sedescribe en los puntos siguientes.
Sistemas para pequeñas instalaciones decontrol
2. Controladores independientes multilazo• Este tipo de controladores constituyen la nueva generación del controlador de
tablero, descrito como antecedente.• Las posibilidades de la electrónica han logrado que esta generación de
controladores electrónicos (digitales, por supuesto) sea capaz de gobernar simultáneamente un número de lazos superior a uno (típicamente 4, 8 Ó 16),
• Hoy en día la utilización habitual de estos dispositivos se reduce a pequeñasaplicaciones, no integrales, en las que el número de señales es suficientementereducido como para no justificar sistemas más complejos.
• La visualización de las variables medidas y los parámetros de control se puederealizar mediante una pequeña pantalla o visor localizada sobre el propiocontrolador, frecuentemente instalado en campo. La mayoría de las plantasquímicas o afines exige un número de señales superior a las que justificarían la
selección de un sistema de las características mencionadas por lo que suempleo no resulta demasiado frecuente en esos casos, salvo aplicacionesaisladas
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 671/718
675#
aisladas.
Sistemas para pequeñas instalaciones decontrol
INTERFASES DELOPERADOR
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 672/718
676#
EL PLC
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 673/718
677#
EL PLC - Definición
Un autómata programable o Controlador Lógico Programable (PLC), es un
equipo electrónico, programable en lenguaje no informático, diseñado paracontrol de procesos secuenciales en tiempo real y en ambiente tipoindustrial, aunque ahora también pueden ejercer eficientemente controlregulado.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 674/718
678#
Sistema de PLC básico
INTERRUPTORDE LIMITE
MODULOSDEENTRADA
BOTONPULSADOR
CPU
24 VCD
VÁLVULASOLENOIDE
120 VCA
CONTROL DELRELEVADOR
LUZ DELPANEL
MODULOSDESALIDA
INTERRUPTORDE NIVEL
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 675/718
679#
ALIMENTACIÓNDEL
SISTEMA
El PLC
• Para procesos discretos, el PLC no tiene competencia y su uso esuniversal.
• Puede manejar fácilmente señales continuas (analógicas) y algoritmosde control.
• Se programan, mediante una PC o un programador portátil.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 676/718
680#
Campos de aplicación
Aunque el PLC por excelencia ha sidocreado para el control de procesossecuenciales, hoy en día el PLC puedeademás controlar lazos regulados,además de permitir el manejo de señalesdigitales como Ethernet, Device Net, ETC.
Por lo que el PLC puede tener aplicaciones en las siguientes áreas:
• Control de cualquier máquina que implique una ovarias secuencias o recetas.• Señalización de estados de equipos• Controles regulados como PID o arreglos de PID
como el control en cascada• Supervisión y control básica de señales.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 677/718
681#
Ventajas y desventajas del PLC
Ventajas• CONFIABILIDAD. Una vez que un programa se ha
escrito y se han localizado y corregido errores, éstepuede fácilmente transferirse y descargarse a otrosPLC
• FLEXIBILIDAD. Las modificaciones del programapueden hacerse fácilmente, inclusive en campo condiferentes niveles de acceso
• FUNCIONES AVANZADAS. Amplia variedad de
tareas de control, desde una sola acción repetitivahasta el control complejo de datos.• COMUNICACIONES. Facilidad de envió o recepción
de datos y el intercambio de información.• VELOCIDAD. Característica de los sistemas
digitales.• DIAGNÓSTICO. Permiten a los usuarios localizar y
corregir fácilmente los problemas de software yhardware
Desventajas
• Como inconvenientes podríamoshablar, en primer lugar, de quehace falta un programador,
• El costo inicial también puede ser alto.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 678/718
682#
ESTRUCTURA DE UN PLC
ESTRUCTURA EXTERNAActualmente son tres las estructuras más significativas que existen en elmercado:
•Estructura compacta.•Estructura semimodular ( Estructura Americana)
•Estructura modular (Estructura Europea)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 679/718
683#
Estructura compacta
Este tipo de autómatas se distingue por presentar en un solo bloque todossus elementos, esto es, fuente de alimentación, CPU, memorias,entradas/salidas, etc..
Son los autómatas de gama baja o nanoautómatas los que suelen tener unaestructura compacta. Su potencia de proceso suele ser muy limitadadedicándose a controlar máquinas muy pequeñas o cuadros de mando.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 680/718
684#
Estructura semimodular
Se caracteriza por separar las E/S del resto del autómata, de tal forma queen un bloque compacto están reunidas las CPU, memoria de usuario o deprograma y fuente de alimentación y separadamente las unidades de E/S .
Son los autómatas de gama media los que suelen tener una estructurasemimodular (Americana).
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 681/718
685#
Estructura modular
Su característica principal es la de que existe un módulo para cada uno delos diferentes elementos que componen el autómata como puede ser unafuente de alimentación, CPU, E/S, etc. La sujeción de los mismos se hacepor carril DIN, placa perforada o sobre RACK, en donde va alojado el BUSexterno de unión de los distintos módulos que lo componen.
Son los autómatas de gama alta los que suelen tener una estructuramodular, que permiten una gran flexibilidad en su constitución.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 682/718
686#
FUENTEDE
PODER
FUENTE
CPU
4 RANURAS
8 RANURAS
FUENTEDE
PODERCPU
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 683/718
687#
DEPODER
CPU
16 RANURAS
MONTAJE MODULAR TIPICO DE LOS PLC´s
FUENTEDE
PODERCPU
16 RANURAS
XX DI DI DI DI DO DO DO AI AI AI AO AO TC TC TC
MONITORA COLOR
TARJETA DE COMUNICACIONESDEL PLC
TECLADOS
IMPRESORA
CABLE DE COMUNICACIONES
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 684/718
688#
ARREGLO TIPICO DE UN SISTEMA BASADO EN UN PLC
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 685/718
689#
SEÑALES DE/A CAMPO
RED DE CONTROLADORES LOGICOS PROGRAMABLES
MEMORIA
- Sistema operativo- Memoria de E/S- Programa de usuario- Memoria de estados internos- Salvaguarda de datos
- Variables interna
REGISTROS Y UNIDADES E/S
ACOPLADORES E/S
MICROPROCESADOR
- Vigila el tiempo de ejecución- Ejecuta el programa usuario- Crea imagen de entradas- Actualiza el edo. de salidas- Chequea el sistema.
E/S SERIE
RELOJ
FUENTE DE
ALIMENTACION
EXPANSION E/S BUS EXPANSION
RED INDUSTRIALLAN
- E/S ADICIONALES- E/S ESPECIALES
ESTRUCTURA INTERNA DE UN PLC
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 686/718
690#
- SENSORES- ACTUADORES
- RS-485- RS-232- MODBUS
- UNIDADES DE PROG
LANWAN
SECUENCIA DE OPERACIÓN DE UN PLC
IMAGEN DE LASENTRADAS
ENTRADAS
EJECUCIÓN DEL
PROGRAMA DEUSUARIO
IMAGEN DE LASSALIDAS SALIDAS
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 687/718
691#
WATCHDOG(PERRO GUARDIÁN)
Funciones del PLC
FuncionesAvanzadas
Redes de comunicación
Entradas/
salidasdistribuidas
Buses de
campo
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 688/718
692#
AvanzadasDel PLC
Control deProcesos
continuosSistemas desupervisión
Programación de lógica de escalera
• Formato típico de lógica de escalera• Instrucciones de lógica de escalera
• Diagramas de cableado Entrada/Salida
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 689/718
693#
Formato típico de la lógica de escalera
Continuous path requiredfor logic continuity
Se requiere de una trayectoriacontinua para la continuidad lógica
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 690/718
694#
g ycontinua para la continuidad lógica
ARRANQUEDEL MOTOR
Escalón 0
I:1/0
BOTON PULSADORNORMALMENTE CERRADO
PAROO:3/0
ARRANQUEDEL MOTOR
O:3/0
I:1/1
BOTON PULSADORN.A.
ARRANQUE
Formato típico de la lógica de escalera
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 691/718
695#
Diagrama del cableado de entradas
0
H
1
2
3
4
5
6
ARRANQUE PB
PARO PB
MOTOR AUX.
I:1/00
I:1/01
I:1/02
I:1/03
I:1/04
I:1/05
I:1/06
K1
PB1
PB2
SLOT 1
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 692/718
696#120V CA
7
N
NEUTRoHOT
I:1/07
Diagrama del cableado de salidas
ARRANCADOR DE LA BOMBAK10
1
2
3
4
5
H
CA SALIDAMODULO
O:3/0
O:3/1
O:3/2
O:3/3
O:3/4
O:3/5
SLOT 3
H N
120 VCA
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 693/718
697#
6
7
N
O:3/6
O:3/7
SISTEMAS DEADQUISICIÓN DE
DATOS
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 694/718
698#
SISTEMAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS(SAD)
Sistema de procesamiento de información cuyosresultados son dados en desplegados gráficos, reportes,sumarios, índices, tendencias, balances e involucra elacondicionamiento de señales.
De acuerdo al tamaño y complejidad del monitoreo deprocesos y sistemas de control existen desde sistemas decontrol simples y sencillos hasta sistemas de control
distribuido grandes (SCD). Su elemento mas importante esla computadora.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 695/718
699#
DAS Convencional
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 696/718
700#
Y MULTIPLEXORACONDICIONADOR DE SEÑALES
SISTEMA DE
PROCESAMIENTO
DE LA INFORMACION
SISTEMA DE CONTROL
ASOCIADO
(ANALOGICO o DIGITAL)
A D/
SEÑALESANALOGICAS
SEÑALESDIGITALES
SEÑALES HACIA LOS
ELEMENTOS FINALES
DE CONTROL
SEÑALES DEL PROCESO
(DE SENSORES,
TRANSMISORES O
INTERRUPTORES)
DESPLEGADOS GRAFICOS
REPORTES
SUMARIOS
INDICES
TENDENCIAS
BALANCES, ETC.
INFORMACIONPROCESADA
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 697/718
701#
ESQUEMA GENERAL DE UN SISTEMA
DE ADQUISICION DE DATOS (SAD)
SISTEMAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS(Características)
- Cuentan con herramientas de software sofisticado ypoder computacional.
- Los datos se adquieren directamente a través de la
computadora (con tarjetas de E/S), o remotamente a partir de un sistema de control distribuido (DCS) o controladoreslógicos programables (PLCs).
- Su aplicación más común es en pequeños sistemas comoplantas piloto y laboratorios.
- La modularidad y flexibilidad de los sistemas los hacen
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 698/718
702#
- La modularidad y flexibilidad de los sistemas los hacenfácil para reconfigurar para distintas aplicaciones.
SISTEMAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS(Características)
- Los sistemas basados en PC no son usualmente apropiados para aplicaciones críticas a menos que la redundancia sea construida dentro del sistema.
- Actualmente cuentan con herramientas de comunicación entre procesos, como TCP/IP.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 699/718
703#
SISTEMAS SCADA
SUPERVISORY CONTROL AND
DATA ACQUISITION
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 700/718
704#
DEFINICIÓN DE SCADA
“Un sistema SCADA es definido como sistemas usadospara control Supervisorio, adquisición de datos, controlautomático o ambos (ANSI/IEEE)”. Normalmente se refierea sistemas de control digital cuyos constituyentes se
encuentran ampliamente dispersos, utilizando en susistema estaciones remotas con comunicaciones en redesde área local o de area extendida.
Un sistema SCADA consiste de una o más estacionesmaestras que recopilan datos transmitidos por loscontroles de una o más estaciones remotas.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 701/718
705#
SISTEMA SCADA
Los sistemas SCADA son comúnmente usados por compañías que transportan productos por tubería(gaseoductos, oleoductos, etc.) y energía eléctricas. Otrasaplicaciones incluyen compañías de agua, tratamiento de
agua, transportación, y otros sistemas industriales querequieren adquisición de datos y control remoto.
En todos estos sistemas el SCADA es considerado como
un componente critico de la operación, así que, hay quetomar cuidado de asegurar la confiabilidad de lasestaciones remotas y maestras.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 702/718
706#
INTERFASESUNIDAD TERMINAL MAESTRA
MODEM
MODEM
RADIO
MODEM MODEM
UNIDAD
TERMINAL
REMOTA No. 1
UNIDAD
TERMINAL
REMOTA No. 2MODEM
MODEM
RADIOADIO
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 703/718
707#
UNIDAD
TERMINAL
REMOTA No. 3
UNIDAD
TERMINAL
REMOTA No. 4
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 704/718
708#
SISTEMA DE CONTROL
DISTRIBUIDO
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 705/718
709#
SISTEMA DE CONTROL DISTRIBUIDO(SCD)
Es una red de procesadores digitales de información, consistema operativo distribuido y procesamiento en “tiemporeal”, operando bajo los preceptos de la teoría del controlautomático que reúne toda la funcionalidad requerida pararealizar funciones de control y adquisición de datos,
incluyendo las interfases gráficas con el operador, alarmas,tendencias, historización, control continuo y discontinuo,sistemas que permiten la configuración, redundancias dehardware, generación de reportes y la capacidad de
comunicarse con otros sistemas digitales; presentando unaarquitectura que permite la integración del control de procesoscon la administración de la empresa.
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 706/718
710#
Consolacentral
de control
TRAYECTORIADE DATOS
Controlador basado en
micro
-procesador N
Controlador basado en
micro
-procesador 1
Controlador basado en
micro
-procesador 2
SISTEMA DE CONTROL DISTRIBUIDO(SCD)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 707/718
711#
Unidad deProcesoN
Unidad deProceso2
Unidad deProceso1
SISTEMA DE CONTROL DISTRIBUIDOCaracterísticas
- Integración de control lógico y continuo- Biblioteca de funciones de control continuo y discreto- Configuración de llenado de blancos- Historización de datos, eventos y alarmas
- Autodiagnóstico- Redundancia total- Autoentonamiento- Diferentes tipos de arquitecturas
- Niveles de seguridad y acceso a áreas- Arquitectura abierta- Comunicación TCP/IP- Diferentes niveles de integración
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 708/718
712#
g- Opción de control avanzado
- Costo alto
ELEMENTOS DE UN SISTEMA DECONTROL DISTRIBUIDO
• Interfase hombre-máquina – Teclado
– Pantalla
– Display gráfico
– Display de gráfica de la tendencia – Resumen de alarmas
• Memoria
• Red de comunicación
Como en cualquier sistema basado en computadoras, existe el
hardware y el software. Mucho del hardware del SCD es común atodas las computadoras. El software es el que se explota paradesarrollar algoritmos específicos para aplicaciones particulares. Suselementos básicos de hardware son:
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 709/718
713#
• Controladores basados en microcontrolador
• Tarjetas de E/S
SEÑALES HACIA LOS
ELEMENTOS FINALES
DE CONTROL
SEÑALES DEL PROCESO(DE SENSORES,
TRANSMISORES O
INTERRUPTORES)
SEÑALESDIGITALES
SEÑALESANALOGICAS
INFORMACIONPROCESADA
DESPLEGADOS GRAFICOSREPORTES
SUMARIOS
INDICES
TENDENCIAS
BALANCES, ETC.
CON ELPROCESO
DE SALIDAINTERFASES
CON ELPROCESO
DE ENTRADAINTERFASES
SEÑALESMULTIPLEXADAS
SEÑALESMULTIPLEXADAS
Y SEÑALESDIGITALES
SEÑALESANALOGICAS
Y
DISPOSITIVOS DEALMACENAMIENTO
MASIVO
INTERFASESCON EL
OPERADOR
INTERFASESMAQUINA-MAQUINA
A/DE OTROS
SISTEMAS
SISTEMA DEADQUISICION
DE DATOS
C-1 C-2 C-3 C-4
C-5 C-6 C-7 C-8
SISTEMA DECOMUNICACIONES
MODULOS DE CONTROL
(SU NUMERO DEPENDE DEL TIPODE SISTEMA DE CONTROL)
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 710/718
714#
ESQUEMA GENERAL DE UN SISTEMA DE CONTROL DISTRIBUIDO (SCD)ALTERNATIVA No. 1 (DISTRIBUCION FUNCIONAL UNICAMENTE)
INFORMACIONPROCESADA
DESPLEGADOS GRAFICOS
REPORTES
SUMARIOS
INDICES
TENDENCIAS
DISPOSITIVOS DEALMACENAMIENTO
MASIVO
INTERFASESCON EL
OPERADOR
INTERFASESMAQUINA-MAQUINA
A/DE OTROS
SISTEMAS
SISTEMA DEADQUISICION
DE D ATOS
Y SEÑALES DIGITALESSEÑALES ANALOGICAS
DE ENTRADA Y SALIDA
Y SEÑALES DIGITALESSEÑALES ANALOGICAS
DE ENTRADA Y SALIDA
Y SEÑALES DIGITALESSEÑALES ANALOGICAS
DE ENTRADA Y SALIDA
Y SEÑALES DIGITALESSEÑALES ANALOGICAS
DE ENTRADA Y SALIDA
Y SEÑALES DIGITALESSEÑALES ANALOGICAS
DE ENTRADA Y SALIDA
Y SEÑALES DIGITALESSEÑALES ANALOGICAS
DE ENTRADA Y SALIDA
CANAL DECOMUNICACIONES
CANAL DECOMUNICACIONES CANAL DE
COMUNICACIONES
CANAL DECOMUNICACIONES
CANAL DECOMUNICACIONES
CANAL DECOMUNICACIONES
SISTEMA DEENLACE O
O DECOMUNICACIONES
MODULODE
CONTROL
Y ENLACECON EL
PROCESO
DE ENTRADAINTERFASES
Y SALIDA
MODULODE
CONTROL
Y ENLACECON EL
PROCESO
DE ENTRADAINTERFASES
Y SALIDA
MODULODE
CONTROL
Y ENLACECON EL
PROCESO
DE ENTRADAINTERFASES
Y SALIDA
MODULODE
CONTROL
Y ENLACECON EL
PROCESO
DE ENTRADAINTERFASES
Y SALIDA
MODULODE
CONTROL
Y ENLACECON EL
PROCESO
DE ENTRADAINTERFASES
Y SALIDA
MODULODE
CONTROL
Y ENLACECON EL
PROCESO
DE ENTRADAINTERFASES
Y SALIDA
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 711/718
715#
PROCESADA TENDENCIAS
BALANCES, ETC.
ESQUEMA GENERAL DE UN SISTEMA DE CONTROL DISTRIBUIDO (SCD)ALTERNATIVA No. 2 (DISTRIBUCION FUNCIONAL Y GEOGRAFICA)
P I S T A
D E
D A T O S
R E D
U N I V
E R S A L D E
C O N T R O L
RED DE CONTROL LOCAL
PC
Workstation
PC
Laser printer
PC
Interfase hombre-MáquinaMódulo deAcceso a
computadora
Módulo deAplicación
Módulo deCálculo
Módulo deHistoria
Módulo deRegistro de
eventos
PC
Otros Módulode Control
Interfase deProcesador
Interfase debaja Velocidad
Interfase de redde alta
Velocidad
Controlador Básico
Controlador Extendido
Controlador deMultifunción
Controlador deprocesoscríticos
Interfase Serialpara PC
Interfase depropósitogeneral
Puerto de lapista de datos
Estación deoperador
C o n e x i o n e s d e l
p r o c e s o
Controlador Avanzado(HPM)
E/S
Remotas
Interfase conUnidades del
proceso C o n e x i o n e s d e l p r o c e s o
ARQUITECTURA LINEAL TIPO BUS DE UNSISTEMA DE CONTROL DISTRIBUIDO
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 712/718
716#
críticos
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 713/718
717#
DISPLAY GRÁFICO DE UN SCD
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 714/718
718#
DISPLAY DE TENDENCIA DE UN SCD
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 715/718
719#
RESUMEN DE ALARMAS DE UN SCD
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 716/718
720#
COMPARACIÓN ENTRE UN SCADA Y UNSCD
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 717/718
721#
GRACIAS POR SU PARTICIPACIONGRACIAS POR SU PARTICIPACION
5/8/2018 Curso-Isa-Instrumentacion Basica de Procesos Industriales-editado - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/curso-isa-instrumentacion-basica-de-procesos-industriales-editado 718/718
722#