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Instrumentación Industrial

Instrumentos de Campo

Instrumentación Industrial Capacidades Terminales de la Unidad Didáctica: • Identificar la función de los diferentes elementos que forman parte de un sistema de control. • Reconocer las diversas formas de medición de variables industriales.

Instrumentos de Campo Elementos Primarios Se considera elemento primario, aquellos que existen de manera individual e independiente en un lazo de control. La función que desempeña en el lazo es la de detectar inicialmente el valor de una variable de proceso. Están en contacto con la variable y utilizan o absorben energía del medio controlado para dar al sistema de medición una indicación en respuesta a la variación de la variable controlada. El efecto producido por el elemento primario puede ser un cambio de presión, fuerza, posición, medida eléctrica, etc.

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Instrumentos de Campo Clasificación de los Elementos Primarios Por el tipo de señal de entrada: Se refiere a la variable de proceso que se desea medir y/o controlar. • • • • • •

Sensores de Presión Sensores de Nivel Sensores de Flujo Sensores de Temperatura Sensores de Posición Sensores de Velocidad

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Instrumentos de Campo Sensores de Presión Son sensores que están dotados de un elemento sensible a la presión y que emiten una señal eléctrica al variar la presión o que provocan operaciones de conmutación si esta supera un determinado valor límite.

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Instrumentos de Campo Sensores de Presión Manómetro: Es un instrumento que sirve para medir la presión local de fluidos contenidos en recipientes cerrados. Esencialmente se distinguen dos tipos de manómetros, según se empleen para medir la presión de líquidos o de gases. Hay que tener en cuenta que la mayoría de los manómetros miden la diferencia entre la presión del fluido y la presión atmosférica local. Cuando se obtiene una medida negativa en el manómetro es debida a un vacío parcial. 7

Instrumentos de Campo Sensores de Presión Presión Diferencial: Permite medir la diferencia entre dos presiones distintas de los flujos a medir. El medidor de presión diferencial, presenta tomas de presión que se conectan para recibir las presiones de los flujos a medir. La alta presión va a la toma ALTA, la baja a la toma BAJA.

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Instrumentos de Campo Sensores de Nivel Son dispositivos electrónicos que miden la altura del material, solido o líquido, dentro de un tanque, silo, deposito u otro recipiente.

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Instrumentos de Campo Sensores de Nivel Ultrasónico: Estos sensores miden el tiempo empleado por el sonido en su trayecto desde un emisor hasta un receptor. El tiempo transcurrido es una medida de la distancia entre el material y el emisor-receptor.

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Instrumentos de Campo Sensores de Nivel Radar: Este equipo de medición emite pulsos cortos en dirección al producto. Este los refleja y vuelven a ser captados por el sistema de antena del sensor radar. El equipo de medición calcula el nivel a partir del tiempo transcurrido hasta el retorno de las ondas radar.

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Instrumentos de Campo Sensores de Nivel Tilt Switch: También llamado sensor de inclinación es usado para la medición de nivel en sólidos.

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Instrumentos de Campo Sensores de Nivel

Instrumentos de Campo Sensores de Nivel

Instrumentos de Campo Sensores de Flujo • Son dispositivos electrónicos que, instalado en línea con una tubería, permite determinar cuándo está circulando un líquido o un gas.

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Instrumentos de Campo Sensores de Flujo Magnético: Es un instrumento empleado para la medición del caudal de un fluido, estos aparatos suelen colocarse en línea con la tubería que transporta el fluido. Este instrumento se basa en la ley de inducción electromagnética de faraday “El voltaje inducido en un conductor que se mueve en un campo magnético, es proporcional a la velocidad del conductor, dimensión del conductor y fuerza del campo magnético”. . 16

Instrumentos de Campo Sensores de Flujo Vortex: Este sensor se basa en el principio de que corriente abajo de un obstáculo se forman vórtices en el fluido, tanto en una tubería cerrada como en un canal abierto.

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Instrumentos de Campo Sensores de Flujo Coriolis: Cuando la masa de fluido circula, el movimiento inducido por la oscilación del tubo de medición se superpone al movimiento lineal del fluido en circulación, los efectos de la fuerza de Coriolis “retuercen” los tubos de medición (b y c) y los sensores (A y B) a la entrada y a la salida registran una diferencia de tiempos en este movimiento, es decir, una diferencia de fase. .

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Instrumentos de Campo Sensores de Temperatura Son dispositivos que se utilizan para detectar variaciones de la temperatura. Están construidos a partir de materiales que cuya resistencia eléctrica varía según la temperatura.

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Instrumentos de Campo Sensores de Temperatura RTD: Los sensores de temperatura resistivos (RTD – Detector de temperatura por resistencia), son sensores de temperatura basados en la variación de la resistencia de un conductor con la temperatura. Presentan una variación lineal con coeficiente de temperatura positivo.

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Instrumentos de Campo Sensores de Temperatura PT-100: Un Pt100 es un sensor de temperatura que consiste en un alambre de platino que a 0 °C tiene 100 ohms y que al aumentar la temperatura aumenta su resistencia eléctrica. El incremento de la resistencia no es lineal pero si creciente y característico del platino de tal forma que mediante tablas es posible encontrar la temperatura exacta a la que corresponde.

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Instrumentos de Campo Sensores de Temperatura Termistor: Un termistor es un resistor que depende de la temperatura, son fabricación de silicio y deben elegirse cuando se requiere un cambio drástico en la resistencia a una temperatura específica o nivel de corriente.

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Instrumentos de Campo Sensores de Temperatura Termocupla: Una termocupla está formada por dos alambres de distinto material unidos en un extremo. Al aplicar temperatura en la unión de los metales se genera un voltaje muy pequeño (efecto Seebeck) del orden de los mV el cual aumenta con la temperatura. Por ejemplo, una termocupla "tipo J" está hecha con un alambre de hierro y otro de constantán (aleación de cobre y nickel) Al colocar la unión de estos metales a 750 °C, debe aparecer en los extremos 42.2 mV.

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Instrumentos de Campo Sensores de Temperatura Termocupla: Normalmente las termocuplas industriales se consiguen encapsuladas dentro de un tubo de acero inoxidable ú otro material (vaina) , en un extremo está la unión y en el otro el terminal eléctrico de los cables, protegido adentro de una caja redonda de aluminio ( cabezal ).

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Instrumentos de Campo Sensores de Temperatura Termocupla:

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Instrumentos de Campo Sensores de Temperatura Termocupla:

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Instrumentos de Campo Sensores de Posición Final de Carrera (Limit Switch): Los finales de carrera o sensores de contacto son dispositivos eléctricos, neumáticos o mecánicos situados al final del recorrido de un elemento móvil, pues con el objetivo de enviar señales que pueden modificar el estado de un circuito.

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Instrumentos de Campo Sensores de Velocidad El sensor detecta el movimiento mediante un arreglo de cruz metálica montado en el eje y un sensor inductivo de proximidad estacionario. Este sensor de proximidad inductivo manda los pulsos electromagnéticos al circuito que los convierte a una señal digital electrónica. Los circuitos de estado sólido analizan la señal digital y activa o desactiva un relé de salida a la señal de velocidad prefijada.

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Transmisores Los transmisores son instrumentos que captan la variable de proceso del elemento primario y la transmiten a distancia a un instrumento receptor indicador, registrador, controlador o combinación de estos. Existen varios tipos de señales de transmisión: neumáticas, electrónicas, digitales, hidráulicas y telemétricas.

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Elementos Finales de Control La función de un elemento final de control es convertir señales de control a un cierto nivel de potencia compatible con el proceso de tal manera que modifique directamente la variable física que se quiere controlar. • Válvulas • Rectificadores • Bombas • Variadores de frecuencia

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Elementos Finales de Control Servoválvulas Una válvula servocontrolada es un elemento final de control, compuesto por una válvula, un actuador y un dispositivo servoposicionador que gobernará la posición del actuador, en función a una variable de referencia, que generalmente proviene de la salida de un controlador.

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Elementos Finales de Control Válvulas Obturador de Movimiento Lineal: Las válvulas de movimiento lineal, en las que el obturador se mueve en la dirección de su propio eje, se clasifican en: • • • • • • • • •

Válvula de globo Válvula en ángulo Válvula de tres vías (mezcladora o diversora) Válvula de jaula Válvula de compuerta Válvula en Y Válvula de cuerpo partido Válvula Saunders Válvula de compresión. 32

Elementos Finales de Control Válvulas Obturador de Movimiento Lineal:

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Elementos Finales de Control Válvulas Obturador de Movimiento Lineal:

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Elementos Finales de Control Válvulas Obturador de Movimiento Rotativo: Las válvulas en las que el obturador tiene un movimiento rotativo se clasifican en:

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Válvula de disco excéntrico rotativo (Camflex) Válvula de obturador cilíndrico excéntrico Válvula de mariposa Válvula de bola Válvula de macho Válvula de orificio ajustable Válvula de flujo axial

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Elementos Finales de Control Válvulas Obturador de Movimiento Rotativo:

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Elementos Finales de Control Bombas Dosificadoras Las bombas dosificadoras son accionadas por actuadores neumáticos o electrónicos y utilizadas, principalmente, en el envío de cantidades precisas de líquidos para mezclas, en casos tales como el control de pH, tratamiento de aguas, adición de productos en la industria alimenticia, etc., aplicaciones que se caracterizan por bajos caudales, altas presiones, altas viscosidades, etc.

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Elementos Finales de Control Rectificadores Controlados de Silicio Los rectificadores controlados de silicio o tiristores (SCR - Silicon Controlled Rectifier) bloquean el paso de la corriente en sentido inverso, igual que los convencionales, pero además la bloquean en sentido directo hasta que no se aplica una pequeña señal en el cable de control o puerta. Una vez el rectificador pasa al estado de conducción, la señal puede desconectarse y aquél continuará en el mismo estado hasta que la corriente no cambie de sentido. No hay nuevo paso de corriente si la excitación no "enciende" nuevamente el rectificador

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Elementos Finales de Control Variadores de Frecuencia Los variadores de frecuencia gobiernan la velocidad de bombas centrífugas, ventiladores, compresores, etc., variando así el caudal de fluido y evitando la pérdida de energía que absorben las válvulas de control. El VDF se alimenta con la potencia de la corriente alterna de la red y la convierte en una tensión con frecuencia variable. Se controla con señale clásicas de 4-20 mA. o 0-10 V.

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Elementos Finales de Control Variadores de Frecuencia

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Elementos Finales de Control Variadores de Frecuencia Diagrama de Bloques:

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Instrumentos de Panel Instrumentos Indicadores Son aquellos que disponen de un índice y escala graduada en la que puede leerse el valor de la variables. También existen indicadores digitales.

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Instrumentos de Panel Instrumentos Registradores Son aquellos que muestran el comportamiento de la variable a través del tiempo. Registran con trazo continuo o a puntos la variable y pueden ser circulares, de gráfico (carta), o display.

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Instrumentos de Panel Instrumentos Controladores Es un dispositivo operado digitalmente que usa una memoria para el almacenamiento interno de instrucciones con el fin de implementar funciones especificas tales como lógica, secuencia, registro y control de tiempos, conteos y operaciones matemáticas para controlar a través de entradas/salidas analógicas y/o digitales distintos tipos de procesos.

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Bibliografía 

Creus, Antonio. (2011). Instrumentación industrial. México D.F. : Alfaomega (629.8/C85/2011)

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Cetinkut, Sabri (2007) Mecatrónica. México D.F. / Grupo Editorial Patria / (629.8/C238).

GRACIAS

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