General: Instrumentación y contro

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1
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA
QUÍMICA E INDUSTRIAS
EXTRACTIVAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍ...

2
LA INSTRUMENTACIÓN DE
UN PROCESO
se refiere a los instrumentos que
se instalan al equipo
directamente o indirectamente,
...

3
INSTRUMENTACIÒN Y CONTROL
DE UN PROCESO
Hablar de la instrumentación de
un proceso es necesario
conocer los términos
ade...

4
Para poder ser más
explícitos y poder hacer la
propuesta de los
instrumentos necesarios
en los términos correctos,
es ne...

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5
Agente de control: Es la sustancia o
elemento el cual modifica la variable y
este es manipulado con el elemento final
(R...

6
Elemento final de control: Es el dispositivoElemento final de control: Es el dispositivo
que cambia directamente el valo...

7
 Elemento primario: Es la parte de un
circuito o de un instrumento que detecta
directamente la variable, también se le
...

8
 Modo de control: Método que utiliza un
controlador para contrarrestar la
desviación (Creus, 1999).
 Montado en tabler...

9
 Punto de ajuste: Magnitud establecida
de una variable, el controlador trata de
mantener este punto (Ramírez, 1998).
 ...

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10
 Registrador: Instrumento que recibe una
señal del transmisor y la plasma en un
histograma (Nacif, 1981).
 Señal: Inf...

11
 Tiempo muerto: Intervalo de tiempo entre
la iniciación de un cambio en la entrada
y el comienzo de la respuesta resul...

12
Transductor: Dispositivo que cambia la
señal neumática a eléctrica y de eléctrica
a neumática.
Poliestireno
AGUA
CALIEN...

13
Válvula de control: Dispositivo que manipula
directamente el flujo de una o más
corrientes de proceso (Creus, 1999).
Vá...

14
Variable controlada: Dentro del bucle de
control es la variable que se capta a
través del transmisor y que origina una
...

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15
Variable manipulada: Cantidad o
condición del proceso variada por el
elemento final de control (Creus, 1999).
TE
TT
TC
...

16
 Variable medida: Cantidad, propiedad o
condición física que es medible
(Nacif, 1981).
AGUA
CALIENTE
ESTIRENO
LE LT LC...

17
Se sugiere que el alumno revise
las definiciones de los
siguientes términos:
Tablero
Proceso
Medición
Instrumento
...

18
SIMBOLOGÍA SEGÚN LA INSTRUMENT
SOCIETY OF AMERICA (ISA).
Tabla 1.- Letras para la Identificación
funcional de un instru...

19
TIPOS DE SEÑALES
Símbolos de las líneas de instrumentos; serán
siempre más finas que las líneas de tuberías
del proceso...

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20
Se sugiere las siguientes abreviaturas para
representar el tipo de alimentaciones.
AS Alimentación de aire.
ES Alimen...

21
TIPOS DE SÍMBOLOS
LOCAL MONTAJE MONTAJE
EN PANEL TRAS EL PANEL
MONTAJE LOCAL
MONTAJE EN PANEL
MONTAJE ATRÁS DEL PANEL

22
Simbología para microprocesadores que
disponen de un control compartido
(Creus, 1999).
ACCESIBLE AL OPERADOR VISUALIZAC...

23
CIRCUITO DE CONTROL.
Las definiciones de los
términos empleados se
relacionan con las
sugerencias hechas por la
SAMA
(S...

24
CIRCUITO DE CONTROL ABIERTO
(BUCLE DE CONTROL) (Creus, 1999).
Elemento primario
PROCESO
Fluido frío
Termómetro
indicado...

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25
CIRCUITO DE CONTROL CERRADO
(Creus, 1999).
Elemento final
Salida del producto
Transmisor
PROCESO
Entrada producto
(flui...

26
MEDIDORES DE PRESIÒN
CLASIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS PRIMARIOS DE
PRESIÓN
Tubo U
Equilibrio Columnas
Inclinado
Tipo C
Tu...

27
MEDIDORES DE EQUILIBRIO
Manómetros
Miden la diferencia entre la presión de un fluido y
la presión atmosférica local.
Pa...

28
MANÓMETRO DE McLEOD
Las presiones bajas en un gas (hasta
unos 10-6 mm de mercurio de presión
absoluta) pueden medirse c...

29
MEDIDORES ELÁSTICOS
Aprovechan la propiedad elástica de los
materiales están basados en la ley de Hook:
“Dentro de los ...

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30
Tipo helicoidal Tipo espiral
MANÓMETRO DE TUBO BOURDON MANÓMETRO DIFERENCIAL

31
MANÓMETRO CON CONTACTOS ELÉCTRICOS
Los materiales para la fabricación de los tubos
de bourdon son:
Bronce fosforado
C...

32
Hay características de los fluidos que son
perjudiciales para los manómetros, como son:
Corrosión
Calentamiento (para...

33
El diafragma consiste en una o varias capsulas
circulares conectadas rígidamente entre si por
soldadura, de forma que a...

34
El fuelle es parecido al diafragma, pero
compuesto de una sola pieza flexible axialmente,
y puede dilatarse o contraers...

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35
MANÓMETRO DE CAPSULA
SELLO QUÍMICO

36
SIFÓN, TRAMPA DE CONDENSADOS O COLA DE COCHINO
SEPARADORES DE MEMBRANA PARA APLICACIONES EN ENTORNO
ESTÉRIL

37
TRANSMISOR DE PRESIÓN TRANSMISORES DE PRESIÓN
PROGRAMABLES
CALIBRADORES DE PRESIÓN TRANSMISORES DE PRESIÓN
CANOPEN

38
Elementos Electromecánicos
Electrónicos
Los elementos electromecánicos de presión
utilizan un elemento mecánico elástic...

39
Transmisores electrónicos de
equilibrio de fuerzas
En este instrumento el elemento mecánico de
medición (tubo Bourdon, ...

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40
Transductores resistivos
Constituyen, sin duda, uno de los transmisores
eléctricos más sencillos. Consisten en un
eleme...

41
Transductor de inductancia variable.
b) Los transductores de inductancia variable
consisten en un imán permanente o un
...

42
Transductores capacitivos
Se basan en la variación de capacidad que se
produce en un condensador al desplazarse una
de ...

43
Transductor capacitivo
Galgas extensométricas
Se basan en la variación de longitud y de
diámetro, y por lo tanto de res...

44
Galga cementada y Galga sin cementar
Transductores piezoeléctricos
Los elementos piezoeléctricos son materiales
cristal...

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45
Transductor piezoeléctrico
Tipo Definición Medición
-Inductancia
-Transformador
diferencial
Electrónico de
equilibrio d...

49
MEDIDORES DE NIVEL
Los medidores de nivel miden directamente la
altura del líquido sobre una línea de referencia.
Sonda...

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50
MEDICIÓN DE NIVELMEDICIÓN DE NIVEL
Sondeo de Peso

51
MEDICIÓN DIRECTA
(sonda, cinta y plomada)
INDICADOR DE NIVEL DE REGLETA

52
INSTRUMENTOS DE FLOTADOR:

53
CONTROL DE ALTO NIVEL NEUMÁTICO
SWITCH DE NIVEL DE CAMARA
EXTERNA

54
CAMARA DE ACERO AL CARBON
ACERO INOXIDABLE 304 o 316 PRESION HASTA 30 bar

55
TRANSMISOR DE NIVEL POR REED SWITCH

56
NIVEL DE CRISTAL

58
INDICADOR DE NIVEL POR BANDERAS

59
INDICADOR DE NIVEL TIPO YOYO

61
Consiste en un manómetro conectado
directamente a la inferior del estanque. El
manómetro mide la presión debida a la al...

62
Como las alturas son limitadas, el rango de
medida es bastante pequeño, de modo que el
manómetro utilizado tiene un ele...

64
 Compuesto por un tubo sumergido en el
liquido, a través del cual se hace burbujear
aire, mediante un rotámetro con un...

65
 Este sistema tiene diversas ventajas, en
aplicaciones con líquidos corrosivos o
con materiales en suspensión, y en
em...

68
INDICADOR DE NIVEL BURBUJEO
NO SE REQUIERE DE INSTALACION
ELECTRICA EN EL TANQUE
IDEAL PARA INSTALACIONES DE ALTO
RIESGO

69
MEDIDOR DE MEMBRANA
GENERALIDAD
Utiliza una membrana conectada con un tubo
estanco al instrumento receptor.

70
FUNCIONAMIENTO
La fuerza ejercida por
la columna de liquido
sobre el área de la
membrana comprime
el aire interno a una...

71
LIMITACIONES
El volumen del aire interno es relativamente
grande, por lo que el sistema esta limitado a
distancia no m...

72
FUNDAMENTO
Consiste en un diafragma en contacto con el
líquido del tanque, que mide la presión
hidrostática en un punto...

73
CONSIDERACIONES
En un tanque abierto, esta presión es
proporcional a la altura del líquido en
ese punto y a su peso es...

74
Transmisor de presión diferencial

75
DESVENTAJAS
 En tanques cerrados presentan posible
condensación de los vapores.
 Es importante que los dos diafragmas...

76
TIPOS DE DIAFRAGMA

78
INDICADORES DE NIVEL ELÉCTRICOS
Medidor de Nivel Conductivo.
El medidor de nivel conductivo consiste en uno o
varios el...

79
Medidor de Capacidad.
El medidor de capacidad mide la capacidad del
condensador formado por el electrodo sumergido
en e...

80
Sistema Ultrasónico de Medición de Nivel.
El sistema ultrasónico de medición de nivel se
basa en la emisión de un impul...

81
Diagrama de Bloques de un Sistema de
Medida de Ultrasonidos.

82
Medidores de nivel de líquidos.
Instrumento Campo Precisión Presión máx Temp máx Desventajas Ventajas
de medida % escal...

84
MEDIDORES DE FLUJO
Sistema Elemento Transmisor
Presión diferencial Placa de orificio conectado a
Tobera un tubo en U,
T...

85
PLACAS DE ORIFICIO
Es el más simple y más barato, se puede
construir de diferentes materiales resistentes al
fluido. El...

87
VENTAJAS DE LAS PLACAS DE ORIFICIO.
Simples y sin componentes en movimiento.
El orificio no necesita ser calibrado y ...

88
TOMA DE PRESIÓN PARA PLACAS DE
ORIFICIO
TOMA DE ESQUINA: Ambas tomas están
localizadas en la cara adyacente de la placa...

89
Instalación de una placa de orificio, vena contracta.
La placa de orificio debe resistir la presión de
operación para e...

90
REQUERIMIENTOS DE INSTALACION
FISICA
Para poder emplear la placa de orificio, el
diámetro mínimo de la tubería debe ser...

91
Formulas para el calculo del orificio
de una placa
Kβ2
=
q máx.
5.674 Fa Di2
(hm)½
0.016
Ve
½
Kβ2
=
q máx.
35.95 Fa Di2...

92
El Tubo de Venturi
permite medir el flujo de líquido que se
mueve dentro de un ducto.

93
Tubo Venturi clásico H
Aplicación
Para la medición del flujo de gases, vapores y
fluidos agresivos y no agresivos cuand...

94
los tubos Venturi clásicos tienen una pérdida de
presión muy baja. Al contrario que todos los
demás transductores de pr...

95
TUBO DE PITOT
Este instrumento, generalmente esta constituido
de dos tubos concentricos el cual esta instalado
en ángul...

96
TUBO ANNUBAR
Es una variante del tubo de Pitot. Pero es más
preciso que esté, tiene una baja perdida de
carga y se empl...

97
ROTÁMETRO

98
Rotámetro Serie L Ideal para flujos bajos o
pequeños, para gases y
líquidos.
Rotámetro Serie TL Diseñado para medición
...

99
Tipos de vertederos
• Rectangular (60-2000 m3
/h)
• Triangular o en V (30-2300 m3
/h)
• Cipolleti o trapezoidal.
• Pars...

100
Formula general para vertederos
Q = KlHn
Q = caudal en m3
/h
K = Constante que depende del tipo
de vertedero
l = anchu...

101

102
Vertedor tipo Parshall
Se emplea en aquellas
aplicaciones en las que un
vertedero no es siempre
adecuado, cuando el lí...

103
Descripción
Es de forma parecida al tubo
Venturi y se identifican tres
partes fundamentales
•Entrada
•Garganta
•Salida

104

105
Formas de descarga o
caudal
• Caudal libre: la elevación del
agua después de la
estrangulación es lo
suficientemente b...

106
Q = KlHn

107
Ventajas
Es de diseño muy simple por
lo tanto es económico
Determina el gasto con mucha
preescisión, caudal libre er...

108
Un medidor de turbina es un rotorUn medidor de turbina es un rotor
que gira al paso del fluido conque gira al paso del...

109
¿Cómo está formado?¿Cómo está formado?
Consta de una longitud de tuberíaConsta de una longitud de tubería
en el centro...

110
El rotor esta equilibrado
hidrodinámicamente y gira
entre los conos anterior y
posterior sin necesidad de
utilizar rod...

111
LimitacionesLimitaciones
Esta limitada por la viscosidad delEsta limitada por la viscosidad del
fluido, debido al camb...

112
MEDIDORES ULTRASÓNICOS

113
MEDIDOR MAGNÉTICO
La ley de Faraday establece que
la tensión inducida a través de
un campo magnético, es
proporcional ...

114
PLACA DE IMPACTO
Consiste en una placa instalada
directamente en el centro de la tubería
y sometida al empuje del flui...

115
Desplazamiento
positivo
Miden el nivel en volumen contando o
integrando volúmenes separados de
liquido. Existen cuatro...

116
Medidor De disco oscilante
Induce un par de giro en el vástago Superior. El
par es pequeño, pero suficiente
como para ...

117
Características de figura anterior
 Contador de fluidos, fabricado en
polipropileno, ETFE y acero inoxidable.
De SGS ...

118
Medidor de pistón
oscilante
Se compone de una cámara
de medida cilíndrica con
una placa divisora que
separa los orific...

119
Medidor de pistón oscilante

120
Medidor de pistón
alternativo
• Es el mas antiguo de los
medidores de desplazamiento
positivo. El instrumento se
fabri...

121

122
Sistema birrotor
• Consiste en dos
rotores sin
contacto mecánico
entre si giran
como únicos
elementos móviles
en la cá...

123
Precisión: +/- 0.2 %
Caudal máximo: [0-
65000] l/min
Diámetro Tubería: 3 “- 12
”
Ambos engranajes no tienen contacto
m...

124
Proveen gran precisión en la medición de
gran diversidad de líquidos, solventes,
químicos de baja viscosidad, aceites,...

125
Medidor de rueda oval
• Funcion
• El elemento de medición comprende dos ruedas
dentadas ovales de precisión, que son m...

126
Medidor de rueda oval
• Aplicación
• Los medidores de caudal de rueda oval se utilizan
para medir, y monitorear líquid...

127
Medidor de paredes
deformables
O de membrana o de fuelle,
esta formado por una
envoltura a presión con
orificios de en...

128
Medidor de paredes
deformables

129
TEMPERATURA
Las limitaciones del sistema
de medida quedan definidas
por:
Presión.
Velocidad de captación de la
temp...

130
DIVERSOS FENOMENOS QUE SE
APROVECHAN EN LA MEDICIÓN
DE TEMPERATURA.
a) Variaciones en volumen o en estado de los
cuerp...

131
1. Termómetros de vidrio.
2. Termómetro bimetálico.
3. Elementos primarios de bulbo y capilar,
rellenos de líquidos, g...

132
Termómetro de Vidrio

133

134
Los márgenes de trabajo de los
fluidos empleados son:
Mercurio
-35 ºC hasta +280
ºC
Mercurio (tubo
capilar lleno de ga...

135
Termómetros Bimetálicos
Se fundan en el distinto coeficiente de
dilatación de dos metales diferentes,
tales como latón...

136

137
ELEMENTOS DE BULBO
Y CAPILAR
Constituido por un bulbo conectado
por un capilar a un espiral
(medidor del tipo bourdon)...

138
CLASE I: Termómetro actuado por líquido.
CLASE II: Termómetro actuado por vapor.
CLASE III: Termómetro actuado por gas...

139
CLASE I
ACTUADOS POR LÍQUIDOS
Tiene el sistema de medición lleno
de líquido y su dilatación es
proporcional a la tempe...

140
CLASE II
ACTUADO POR VAPOR
Contiene un líquido volátil y se
basan en el principio de vapor,
aumenta la presión del vap...

141
• CLASE II (A): Cuando la temperatura
del bulbo es mayor que la temperatura
ambiente, el capilar y el elemento de
medi...

142
CLASE III
ACTUADOS POR GAS
Estos termómetros están
completamente llenos de gas,
al subir la temperatura la
presión de ...

143
CASE V
ACTUADOS POR MERCURIO
Estos son similares a los
termómetros actuados por
líquidos. Pueden tener
compensación en...

144
TERMOPARES
El termopar se basa en la circulación de
un corriente en un circuito formado por
dos metales diferentes cuy...

145
Un termopar, es un circuito formado por
dos hilos diferentes o aleaciones de
metales diferentes, soldados en sus
extre...

146

147
LEYES DEL COMPORTAMIENTO DE LOS
TERMOPARES
1.- LEY DEL CIRCUITO HOMOGÉNEO: En un
conducto metálico homogéneo no puede
...

148
SELECCIÓN DE TERMOPARES
La selección de los alambres para
termopares se hace en función a lo
siguiente:
Resistencia a...

149
TERMO-POSO
En las siguientes ilustraciones
pueden versé varios tipos de
termopares con tubo de protección
(termo-poso)...

150
Termovainas con brida soldada para uso en altas
presiones.
Termovainas roscadas torneadas de barra
maciza para protecc...

151
Termovainas roscadas
torneadas de barra maciza
para protección de
termómetros y sensores de
temperatura.
Termovainas r...

152
PIRÓMETRO DE RADIACIÓN
Un pirómetro en un instrumento
utilizado para medir, por medios
eléctricos, elevadas temperatur...

153
ESTRUCTURA DE LOS
PIRÓMETROS DE RADIACIÓN
El medio de enfocar la radiación que
le llega puede ser una lente o un
espej...

154
USOS
El pirómetro de radiación se
puede recomendar en lugar
del termoeléctrico en los casos
siguientes:
1. donde un pa...

155
Diagrama esquemático de un pirómetro de radiación total (Fery)
Diagrama de un pirómetro de radiación visible

156
PIROMETRO DE
INFRARROJO:
Invisible al ojo humano, puede
medir temperatura menores de
700 °C.

157
Medición sin contacto por
radiación infrarroja y por
contacto con termocupla tipo K

158
TERMOMETRO ULTRASÓNICO:
Pede medir temperatura dentro del
intervalo de 2-20 K con una gran
precisión. Su funcionamien...

159
TERMÓMETRO DE RESISTENCIA:
• Están basados en la propiedad de
los metales; que consiste en
aumentar su resistencia elé...

160
MEDIDA DE TEMPERATURA
RTD

161
CONTROL
El bucle de control típico está formado por
el proceso, el trasmisor, el controlador y
un elemento final.
CIRC...

162
CIRCUITO DE CONTROL ABIERTO
CARACTERÍSTICAS DEL PROCESO
Los procesos presentan dos características
principales:
Los ca...

163
CAMBIO DE CARGA: Es la cantidad
total del fluido o agente de control
que el proceso requiere en
cualquier momento para...

164
CAPACITANCIA: Es la medida de las
características propias del proceso para
mantener o transferir una cantidad de energ...

165
MODOS DE CONTROL
CONTROL ON-OFF
En la regulación todo o nada (on-off)
el elemento final se mueve
rápidamente entre una...

166
CONTROL PROPORCIONAL
En este sistema existe una relación lineal
continua entre el valor de la variable
controlada y la...

167
BANDA PROPORCIONAL
Es el porcentaje de variación de la
variable controlada necesaria para
provocar una carrera complet...

168
CONTROL PROPORCIONAL
MÁS UN INTEGRAL O RESET
El integral o el reset son ajustes que
se dan al controlador para que la
...

169
En el controlador integral, el
elemento final se mueve de
acuerdo con una función
integral en el tiempo de la
variable...

170
MODOS DE CONTROL
ESPECIALES
MODO DE CONTROL EN CASCADA.

171
MODO DE CONTROL DE
RELACIÓN

172
MODO DE CONTROL DE
RANGO COMPARTIDO

173
VÁLVULAS DE CONTROL
PARTES DE UNA VÁLVULA

174
ELEMENTOS DE UNA VÁLVULA

175

176

177
CARACTERÍSTICAS DE LA
VÁLVULA
1) Lineal
2) Igual porcentaje
3) Apertura rápida
3
1
Carrera de la
válvula
% Cv
2
Gráfic...

178
2
3
1
Carrera de la
válvula
% Q
Gráfica de operación
TIPOS DE ACCIONES EN LAS VÁLVULAS DE CONTROL
CON AIRE FALLA DE AI...

179
TIPOS DE SISTEMAS
DIRECTOS:
Variable la válvula
Variable la válvula
INVERSOS:
Variable la válvula
Variable la válvula
...

180
TIPOS DE CONTROLADOR:
DIRECTOS:
Variable señal de salida del controlador
Variable señal de salida del controlador
INVE...

181
Formulas para el calculo de la cv
1/2
Cv = Q
1/2
Cg = Q / (834 *Cf *P1 )
1/2
Cg = W / (2.8 * Cf * P1 )
Cs = W / (1.83 ...

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