Manual de Instrumentacion

FUNDELAC

Curso de Instrumentación Avanzada Índice

Pág.

1. 2. 2.1. 2.2.2.&.2.'.2.5.2.6.-

Evolución de La i nstrumentación..................................................................... Conceptos Generales de Instrumentación...................................................... Campo de Medida !an"o#..................................................................$........ Alcance %pan#.............................................................................................. Error................................................................................................................. Elevación de Ce ro........................................................................................... %upresión de Cero........................................................................................... !uido...............................................................$$.........................................

5 6 6 6 6 ( ( (

2.(.2.).2.*.&.'.'.1.'.1.1.'.1.2.-

Instrumentos Indicadores................................................................................ Cie"os........................................................................................ Instrumentos Códi"o de I denti+icación de I nstrumentos....................................................... ,ipos de %eales............................................................................................. aria/les.......................................................................................................... resión........................................................................................................... nidades de resión....................................................................................... ,ipos de instrumentos  ,ransmisores de resión3 In dicadores de resión3 Interruptores de resión#........................................

)( ) * 10 10 10

'.1.2.1.'.1.&.'.1.'.'.1.5.'.2.'.2.1.'.2.2.-

Instrumentos Mec4nicos  ,u/o ourdon3 ia+ra"ma3 !a/o de Coc7ino#........................................................................ rincipios 8 9uncionamiento........................................................................... Instalación ,:pica............................................................................................. Cali/ración d e In strumentos de r esión.......................................................... ;ivel................................................................................................................. nidades de ;ivel........................................................................................... ,ipos de instrumentos  ,ipo 9lotador3 Ma"n
1

11 11 12 1& 1& 15 15 15

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'.2.&.'.2.'.'.2.5.'.&.'.&.1.'.&.2.-

'.&.&.'.&.'.'.&.5.'.&.6.'.'.'.'.1.'.'.2.'.'.&.'.'.'.'.5.'.5.1.'.5.2.'.5.&.'.5.'.'.6.-

Curso de Instrumentación Avanzada Pág. 15 21 21 22 22

rincipios 8 9uncionamiento............................................................................. Instalación ,:pica.............................................................................................. Cali/ración de Instrumentos de ;ivel............................................................... ,emperatura.................................................................................................... nidades de ,emperatura................................................................................ ,ipos de instrumentos  ,ermómetros imet4licos3 ,ermómetros de ul/o3 ,ermocuplas3 !,3 %ensor de ,emperatura In+rarro=o#..................................................................

22

rincipios 8 9uncionamiento.............................................................................

22 22 2)

Instalación ,:pica.............................................................................................. Cali/ración de In strumentos de , emperatura................................................... elocidad de !espuesta de los Instrumentos de ,emperatura................................................................................................ Caudal 9lu=o#................................................................................................ nidades de Caudal......................................................................................... ,ipos de instrumentos laca >ri+icio3 ,o/era ,u/o enturi3 ,u/o itot3 !ot4metro3 ,ur/ina3 ltrasónico3 Ma"n
2* &0 &1 &1 &1 &1 &* &* &* &* &* '2

2

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Curso de Instrumentación Avanzada

'.6.&.'.6.'.5. 5.1. 5.2. -

rincipio 8 9uncionamiento.............................................................................. Instalación ,:pica.............................................................................................. 4lvulas de Control........................................................................................... artes Internas. >/turador 8 Asientos.............................................................. ,ipos de Acciones en las 4lvulas de Control........................................................................................................

5.&. 5.'. 5.5. 6. (. ). *. 10. -

osicionador...................................................................................................... olante de A ccionamiento Ma nual.................................................................... Cali/ración de 4lvulas de Control................................................................... %im/olo":a General en I nstrumentación........................................................... Lectura e Interpretación de l anos................................................................... Lazos de Control............................................................................................... C7e?ueo de Lazos............................................................................................ C% %istema de Control istri/uido. $$.............................................

Pág. '2 '2 '' '6 '( ') '* 50 5& 5' 55 56 5)

&


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1. - EVOLUCION DE LA INSTRUMENTACIÓN En la d
en donde conver"en todas las seales3 ?ue es conocida

popularmente como %ala de Control

 Control !oom# en donde se o/serva de

manera "ra+ica todos los instrumentos de campo manómetros3 transmisores3 alarmas3 v4lvulas3 interruptores# 8 como es su comportamiento a trav
2. - CONCEPTOS GENERALES DE INSTRUMENTACION 2.1. - Ca!" de Medida #Rang"$ Con=unto de valores de la varia/le medida ?ue est4n comprendidos entre el limite superior o in+erior de la medición de un instrumento. or e=emplo n indicador de temperatura posee una escala de 100-&00 D C3 el campo de medida son todos los valores comprendidos entre 100 8 &00 D C.

2.2. - A%cance #S!an$ Es la di+erencia al"e/raica entre los valores superior e in+erior del campo de medida. ,omando el mismo e=emplo anterior del Indicador de temperatura el alcance %pan# es i"ual a '

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%pan valor superior F valor in+erior  &00-100  200D C.

2.&. - E''"' Es la di+erencia entre el valor le:do o transmitido por el instrumento 8 el valor real de la varia/le medida. or e=emplo un indicador de presión tiene una lectura de 20 /ar pero el valor real de/er:a ser de 22 /ar o sea ?ue e iste un error de 2 /ar ?u e en determinadas situa ciones puede resul tar peli" roso la eistencia de este

error.

%upon"amos un tan?ue a/ierto de 4cido sul+rico 8 se ?uiere c7e?uear el nivel del tan?ue3 si el e?uipo para medir esta varia/le presenta error es posi/le ?ue el tan?ue se re/ose 8 se corre el ries"o de perder vidas 7umanas al no poseer una lectura correcta los e?uipos de medición He a?u: la importa ncia de la cali/ra ción ?ue3 no es mas ?ue llevar la seal de salida de los instrumentos a su valor real. En nuestra in+ancia nuestros padres nos indican si nuestro comportamiento es adecuado o no3 o sea ellos nos sirven de re+erencia o patrón en nuestro comportamiento3 i"ual pasa en la cali/ración para determinar ?ue un e?uipo esta midiendo inadecuadamente una varia/le o presenta un error3 necesitamos instrumentos patrones ?ue nos sirven de re+erencia. Generalmente se ase"ura ?ue estos instrumentos de re+erencia sean cali/rados por or"anismos cali+icados Metrolo":a# 8 con un certi+icado de cali/ración vi"ente por un ao para as: ase"urar la con+ia/ilidad de los mismos. M4s adelante se"uiremos tocando este punto importante como lo es la cali/ración.

2.( .-E%e)aci*n de Ce'" Es cuando el valor cero de la seal medida supera el valor in+erior del campo de medida.

2.+ .-S,!'ei*n de Ce'" Es cuando el valor cero de la seal medida es in+erior al valor in+erior del campo de medida.

2.. - R,id"

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Cual?uier pertur/ación el
2./. - In0',en0" Cieg" %on a?uellos ?ue no tienen indicación visi/le de la varia/le. or e=emplo tenemos 

Alarmas ?ue no poseen indicación local visi/le#.



Interruptores ?ue no poseen indicación local visi/le#.

2.. - In0',en0" Indicad"'e isponen de una escala en ?ue puede o/servarse +4cilmente la lectura.

2.. - C*dig" de Iden0i3icaci*n de In0',en0"

LETRAS DE IDENTI4ICACIÓN Le0'a A 5 D E 4 G

1e'aLe0'a A;LI%I% LLAMA E;%IA ,E;%IJ; 9LK>

Le0'aS,cei)a ALA!MA

6I 7 L O P R S T V 8 9

MA;AL C>!!IE;,E ,IEM> ;IEL >!I9ICI> !E%I>; !AIAC,IIA EL>CIA > 9!ECE;CIA ,EME,!A I%C>CIA>I!ACI>; E%> >%ICIJ;

I9E!E;CIAL ELEME;,> I!I> AL,> I;ICACI>; L3 AK>

I;,E!!,>! ,!A;%MI%>! ALLA AI;A

E=emplos ,,ransmisor de resión3 ,E Elemento de ,emperatura % Interruptor de resión3 L%L Interruptor de a=o ;ivel LALL Alarma de Mu8 a=o ;ivel

1eraLetra

PT

LetrasSucesivas

6


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9i". 1 E=emplo de Codi+icación de Instrumentos

&. - TIPOS DE SE:ALES Coneión a roceso %eal ;eum4tica %eal El
9i". 2 E=emplo de %eales

(. - VARIA5LES (.1. - P'ei*n (


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La presión es una +uerza por unidad de super+icie 8 puede epresarse en ascal3 ar3 Atmós+era3 Nilo"ramo3 %I Li/ra por pul"ada Cuadrada#

(.1.1. - Unidade de P'ei*n

%I

ul"a

ul"a

da

da

N"O Atmós+era

2

Cm. c.

mm c. de

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%I ul"ada

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0.(&55 0.000*

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c. de H" ar a

0.0001' 0.00&* 0.0002* 9i". & nidades de resión

10-5

0.001& 0.001& 1.02 102' 0.102P 10-'

0.01

1 (50

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1&& 105

0.00(5

10-5

1

)


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(.1.2. - Ti!" de In0',en0" (.1.2.1. - In0',en0" Mecánic" T,;" 5",'d"n< Es un tu/o con sección el:ptica ?ue +orma un anillo. Al aumentar la presión reci/ida este comienza a enderezarse 8 el movimiento es transmitido a una a"u=a indicadora3 por un sector dentado 8 un pión.

9i". '. ,u/o ourdon

Dia3'aga< Consiste en una o varias capas circulares conectadas r:"idamente entre s:3 de +orma tal ?ue al aplicar presión3 cada capa se de+orma 8 la suma de los pe?ueos desplazamientos es i"ual a la presión aplicada. %irve de protección de los instrumentos. Es usado en tu/er:a donde eista 

%ólidos en suspensión



9luidos mu8 viscosos 8 corrosivos



Alta temperaturas

9i". 5 ia+ra"ma 8 !a/o de Coc7ino i" ,ail# *


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Cuando la presión de la tu/er:a es mu8 alta re"ularmente se utiliza un elemento llamado B!a/o de Coc7inoQ i" ,ail# para disminuir la presión de entrada de la l:nea. %e instalan re"ularmente de/a=o de los Manómetros Indicadores de resión#3 de esa +orma se prote"e instrumento.

(.1.&. - P'inci!i" = 4,nci"naien0" En el punto anterior comentamos el principio 8 +uncionamiento de los Manómetros Indicadores de resión. %e estudiara a continuación el principio de +uncionamiento de los transmisores de presión.

L" 0'ani"'e de !'ei*n< convierten la presión reci/ida por el sensor a una seal en m.a. miliamper# mediante un dispositivo electrónico interno. La seal de salida en miliamper es proporcional a la seal de presión de entrada. La ma8or:a de los ,ransmisores electrónicos en la actualidad se comportan de esta manera

Presión de Entrada

Transmisor

9i". 6

Señaldesalida ( ma)

Comportamiento de un transmisor Inteli"ente

Los interruptores de presión se /asan en la +uerza ?ue produce la presión al actuar so/re un dia+ra"ma ?ue a su vez produce un desplazamiento para accionar un interruptor. %e accionan al acercarse a un B%et ointB o punto de disparo 8 env:an la seal de 2' dc.

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9i". ( Interruptor de resión

(.1.(. - In0a%aci*n T>!ica Los Manómetros van directamente encima de la tu/er:a de roceso. Los transmisores se instalan en soporte +a/ricados con tu/os de 2Q. Los transmisores se instalan en soportes +a/ricados con tu/os de 2Q. En los detalles de Instalación HooR p# se o/serva +4cilmente como se e+ectan las insta laciones de los e?uip os de instrumentación. er Aneos A3 3 C3 3 E.

(.1.+. - Ca%i;'aci*n de In0',en0" de P'ei*n El error es universal e inevita/le 8 acompaa a toda medida. El valor ?ue se o/serva en la medición tiende a desviarse del valor real. Ha8 diversidad de tipos de errores ?ue no mencionaremos en este curso3 pero para cali/rar un instrumento se de/e reducir o eliminar los erro res a=ustando el cero 8 el %pan de los instrumen tos de presión. %e lleva el instrumento a un valor cercano del valor cero 8 se a=usta el tornillo de cero. I"ual procedimiento se realiza con la cali/ración del span3 se lleva el instrumento al valor m4imo del campo de medida 8 se a=usta mediante el tornillo de span. !epetir los pasos anteriores 7asta ?ue las lecturas sean correctas. %e recuerda ?ue se de/e instalar en la misma l:nea de presión un instrumento de re+erencia o patrón de /uena precisión 8 ?ue posea un certi+icado de cali/ración otor"ado por al"una

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institución reconocida con el +in de determinar visualmente cual es la desviación del valor real. er Aneo > Es?uema ,:pico para la Cali/ración de ,ransmisores#

9i". ) om/a Manual '.2. - Ni)e% Los instrumentos de nivel pueden dividirse en medidores de nivel de l:?uidos 8 sólidos ?ue se estudiaran separadamente tomando en cuenta los mas usados en la industria.

(.2.1. - Unidade de Ni)e%< 

Metros mts#.



Litros Lts#.



Galones.

(.2.2. -Ti!" de In0',en0" (.2.&. - P'inci!i" = 4,nci"naien0" (.2.(. - In0a%aci*n T>!ica a# Medid"'e de Ni)e% de L>?,id"< ,ra/a=an directamente midiendo directamente la altura del l:?uido en un tan?ue. A continuación mencionaremos los m4s comunes.

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Medici*n de Ni)e% Ti!" 4%"0ad"'< Consiste en un +lotador situado en el seno del li?uido 8 conectado al eterior del tan?ue indicando directamente el nivel. La coneión puede ser directa3 ma"n
9i". * Medidor de ;ivel ,ipo 9lotador

Medici*n de Ni)e% Magn@0ic"< osee una c4psula de ma"n
Medici*n de Ni)e% Ti!" 5,';,e"< Es un m

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mantener un caudal de aire constante a trav
9i". 10 Medidor de ;ivel tipo ur/u=eo ;o se recomienda para +luidos altamente viscosos donde las /ur/u=as +ormadas presentan el ries"o de no separarse r4pidamente del tu/o. ara el mantenimiento es conveniente situar una , con un tapón en la parte superior del tu/o para su limpieza periódica. %e recomienda utilizar este m
onde el l:?uido del proceso sea corrosivo 8 no pueda tener contacto directo con el transmisor



,an?ues A/iertos



Altas ,emperaturas

1'

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9i". 11 Instalación ,:pica del Medidor de ;ivel ,ipo ur/u=eo

Medici*n de Ni)e% !"' P'ei*n Di3e'encia%< Consiste en un dia+ra"ma en contacto con el l:?uido del tan?ue3 mide la presión 7idrost4tica en un punto del +ondo del tan?ue. En tan?ues a/iertos esta presión es proporcional a la altura del l:?uido en ese punto 8 a su peso espec:+ico3 es decir HU" en donde  resión H Altura de l:?uido so/re el instrumento U Gravedad Espec:+ica del L:?uido " *3) mOs2 Cuando el tan?ue es cerrado se utilizan dos dia+ra"mas 8 se mide la di+erencia de presiones entre la toma in+erior 8 la toma superior. ara tan?ues cerrados el comportamiento de la presión es  H F 7# U.

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9i". 12 Medidor de ;ivel de resión i+erencial en ,an?ue Cerrado

Medid"' de Ni)e% Ca!aci0i)"< Mide la capacidad del condensador +ormado por un electrodo sumer"ido en li?uido 8 las paredes del tan?ue. La capacidad del con=unto depende linealmente del nivel del l:?uido. %e caracteriza por no tener parte móviles3 son li"eros3 presentan una /uena resistencia a la corrosión 8 son de +4cil limpieza. Las altas temperaturas pueden a+ectar las lecturas.

9i". 1& Medidor de ;ivel ,ipo Capacitivo

Medici*n de Ni)e% U%0'a*nic"< %e /asa en la emisión de un impulso ultrasónico a una super+icie ?ue re+lectante 8 la recepción del eco del mismo en un receptor. El retardo en la captación del eco depende del nivel del tan?ue. Los sensores tra/a=an a una +recuencia de 20 N7z. Estas ondas atraviesan con cierto amorti"uamiento el medio am/iente de "ases o vapores 8 se re+le=an en la super+icie del sólido o del l:?uido. En la 16


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+i"ura 15

se o/serva la diversidad de +ormas posi/les para la instalación de este

instrumento. %on adecuados para todo tipo de tan?ues. resenta el inconveniente de presentar +alsas lecturas como en el caso ?ue el l:?u ido ?ue +orme espuma3 8a ?ue produce +alsos ecos de los ultrasonidos.

9i". 1' Medidor de ;ivel ,ipo ltrasónico

9i". 15 Instalación ,:pica de los Medidores de ;ivel ,ipo ltrasónico

1(


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;$ Medid"'e de Ni)e% en S*%id"< %e utilizan muc7o en silos o tan?ues destinados para contener materias primas o productos +inales.

Medid"' de Ni)e% C"n" S,!endid"< Consiste en un micro interruptor montado dentro de una ca=a3 con una ca/eza de "oma de la ?ue esta suspendida una varilla ?ue termina en cono. Cua ndo el sólido alcanza el cono3 el inter ruptor es ecit ado. El aparato se emplea como alarma de alto nivel. Mu8 usado en tan?ue a/iertos %ilos# como alarma de alto nivel. %e de/e tener cuidado cuando los sólidos en su ca:da pueda daarlo.

9i". 16 Medidor de ;ivel Cono %uspendido

Medici*n de Ni)e% de Radiaci*n< Consiste en una +uente radiactiva de ra8os "amma3 dispuesta al eterior 8 en la parte in+erior del tan?ue3 ?ue emite su radiación a trav
1)


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9i". 1( Medidor de ;ivel ,ipo !adiación

(.2.+. Ca%i;'aci*n de In0',en0" de Ni)e%< Es usual compro/ar en los instrumentos de nivel los torni llos correspondientes al cero 8 %pan3 recordando ?ue el medido r de nivel indirectamente esta midiendo presión. %e in8ecta presión dependiendo el principio de +uncionamiento# al instrumento 8 se o/serva el comp ortamiento de la salida . El medidor de nivel re?uiere un cuidado etremo 8 es preciso se"uir las indicaciones del +a/ricante contenidas en el manual del e?uipo. El medidor de ;ivel ma"n
(.&. - Te!e'a0,'a La medida de temperatura constitu8e una de las mediciones m4s comunes 8 m4s importantes ?ue se e+ectan en los procesos industriales.

(.&.1. - Unidade de Te!e'a0,'a Las m4s usadas son Grados Nelvin  DN#3 Grados Cent:"rados  DC#3 Grados 9a7ren7eit  D9#3 Grados !anRine  D!#. Las Conversiones son  1 DC  &' D9 

1 DC  '*' D! 1*


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1 DC  2(& DN

(.&.2. -Ti!" de In0',en0" (.&.&. - P'inci!i" = 3,nci"naien0" (.&.(. - In0a%aci*n T>!ica Te'*e0'" 5ie0á%ic"< %e /asan en el distinto coe+iciente de dilatación de dos metales di+erentes3 tales como latón3 monel o acero. n termómetro imet4lico contiene pocas partes móviles3 solo la a"u=a indicadora su=eta al etremo li/re de la espiral o de la 7
9i". 1) ,ermómetro imet4lico

Te'*e0'" de 5,%;"< Consiste esencialmente en un /ul/o conectado por un capilar a una espiral. Cuando la temperatura del /ul/o cam/ia3 el "as o el l:?uido en el /ul/o se epanden 8 la espiral tiende a desenrollarse moviendo la a"u=a so/re la escala para indicar la elevación de la temperatura del /ul/o. 20

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9i". 1* ,ermómetro de ul/o

Te'"!a'e #Te'"c,!%a$<%e /asa en el e+ecto descu/ierto por %ee/ecR en 1)213 ?ue +ormula ?ue cuando se com/inan dos metales di+erentes3 aparecer4 un volta=e en la =untura de los mismos. %e 7ace evidente ?ue en el circuito se desarrolla una pe?uea tensión continua directamente proporcional a la temperatura de la unión. Los valores de esta 9.E.M. +uerza electromotriz# o volta=e est4n ta/ulados en ta/las de conversión. La com/inación de conductores de metales di+erentes ori"inan di+erentes tipos de termopares ,ermocuplas# di+erentes denominadas por letras  K3 N3 E3 !3 %3 etc#. ara medir con precisión la seal proveniente del termopar es preciso3 tomar en cuenta3 varios tipos de acondicionadores de seal 8 +iltros para me=orar las seales provenientes de campo. Cuando se conectan los ca/les provenientes del termopar a una /ornera se +orma una se"unda =untura llamad a BKuntura 9r:a B3 esta =untura aade error a la lectura 8 se de/en instalar las llamadas Borneras Compensadas B.

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9i". 20 ,ermocupla Estructura Interna# Las termocuplas "eneran /a=o volta=es t:picamente 50 uO DC. Esas seales son suscepti/les al ruido. tilizando un +iltro pasa-/a=o a8uda a la remoción del ruido presente en el medio am/iente. 

El termopar tipo K  7ierro-constantan# alcanza temperaturas de 7asta (50 DC



El termopar tipo E Cromel-Constantan# var:a su ran"o desde F200 a *00 DC

  

El termopar tipo ,  co/re-constantan# var:a su ran"o desde F200 a 260 DC El termopar tipo N cromel-alumel# var:a su ran"o desde 500 a 1250 DC. ;o de/e ser usado en atmós+eras reductoras ni sul+urosas a menos ?ue este prote"ido con un tu/o protector



Los termopares tipo !3 % de t-t O !7# su alcance lle"a 7asta 1500 DC.

RTD< >tro popular transductor de temperatura es la llamada !,. %on mu8 conocidas por su ecelente esta/ilidad 8 precisión. La m4s usada es 7ec7a de latino 8 tiene una resistencia de 100 X. La !, es una resiste ncia de & ó ' ca/les se"n sea el caso para me=orar el error de lectura 8 minimizar el ruido presente en el medio am/iente.

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9i". 21 !,

Sen"' de Te!e'a0,'a In3'a''""< Miden indirectamente la temperatura al sensar la radiación de ener":a emanada por un o/=eto. La intensidad ó /rillo de la radiación var:a con la temperatura del o/=eto. Consiste de un %ensor3 es el B>=o del sistemaB3 ?ue env:a la seal de temperatura a un Indicador O rocesador ?ue puede ser u/icado en una sala de control. El %ensor es un aparato electro-óptico ?ue mide la ener":a emanada por cual?uier o/=eto. El sistema óptico "u:a la radiación in+rarro=a al detector. El detector produce una seal el
2&


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9i". 22 rincipio del %ensor e Instalación ,:pica

(.&.+. - Ca%i;'aci*n de In0',en0" de Te!e'a0,'a ara la cali/ración de instrumentos de temperatura se emplean /aos de temperaturas 8 7ornos. El ao de temperatura consiste en una tan?u e de acero inoida /le lleno de li?uido3 con un a"itador incorporado3 un termómetro patrón sumer"ido 8 u controlador de temperatura ?ue acta so/re un =ue"o de resistencias cale+actoras. El a"itador mueve totalmente el l:?uido3 disminu8e los "radientes de temperatura en el seno del l:?uido 8 +acilita una transparencia r4pida de calorY el termómetro patrón tiene una "ran precisión. %e compara le temperatura del termómetro patrón !e+erencia# 8 se o/serva visualmente si eiste error. 2'

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Los 7ornos de temperatura son calentados por resistencias el
9i". 2& ao de ,emperatura 8 Horno de ,emperatura

(.&.. - Ve%"cidad de Re!,e0a de %" in0',en0" de Te!e'a0,'a Los elementos primarios !,3 ,ermopares3 etc.# se caracterizan por?ue el tiempo de respuesta depende nicamente del intercam/io t
(.(. - Ca,da% #4%,"$ %e epresa el caudal mediante la si"uiente +ormula

Q



K

H

3 en donde N s

una constante 8 H es la resta de resiones.

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Eisten varios m
- laca >ri+icio

- ,o/era - ,u/o enturi - ,u/o itot - ,u/o Annu/ar rea aria/le elocidad

- !ot4metro - ,ur/ina - ltrasónico

,ensión Inducida

- Medidor Ma"n
(.(.1. - Unidade de Ca,da% Las m4s usadas son m &Ose".3

pie&Ose"3 /Od3 m &O73 ltsOmin3 ltsOse". 9lu=o

olum
(.(.2. - Ti!" de in0',en0" (.(.&. - P'inci!i" = 4,nci"naien0" (.(.(. - In0a%aci*n T>!ica P%aca O'i3ici"< Consiste en una placa per+orada instalada en la tu/er:a. os tomas conectadas antes 8 despu
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9i". 2'


isposición de las tomas de resión i+erencial 8 laca >ri+icio.

T";e'a< Est4 situada en la tu/er:a con dos tomas3 una anterior 8 la otra en el centro de la sección pe?uea. La to/era permite caudales 60W superiores a los de la placa ori+icio en las mismas condiciones. %u perdida es del &0 al )0W de la presión di+erencial. ,iene una precisión del V 03*5 a V 135W

9i". 25 ,o/era 8 ,u/o enturi 2(

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T,;" Ven0,'i< ermite medir caudales 60W superiores a los de la placa ori+icio en las mismas condiciones 8 con una perdida de solo 10 a 20W de la presión di+erencial. osee "ran precisión. El costo es elevado 8 precisión del V 03(5 W

T,;" Pi0"0< Mide la di+erencia entre la presión total 8 la presión est4tica3 o sea3 la presión din4mica. La cual es proporcional al cuadrado de la velocidad. Es sensi/le a las variaciones en la distri/ución de velocidades en la sección de la tu/er:a. %u precisión es /a=a3 del orden de 135-'W3 8 se emplea normalmente para medición de "randes caudales de +luidos limpios con una /a=a perdida de presión.

9i". 2( ,u/o itot

T,;" Ann,;a'< Es una innovación del tu/o itot 8 consta de dos tu/os3 el de presión total 8 presión est4tica. El tu/o ?ue mide la presión total esta situado a lo lar"o de un di4metro transversal de la tu/er:a 8 consta de varios ori+icios de posición cr:tica determinada por computador3 ?ue cu/ren cada uno la presión total en un anillo de 4rea transversal de la tu/er:a. El tu/o ?ue mide la presión est4tica se encuentra detr4s del de presión total con su ori+icio en el centro de la tu/er:a 8 a"uas de/a=o de la misma. El tu/o Annu/ar es de ma8or precisión ?ue el tu/o itot3 del orden del 1-&W3 tiene una /a=a p

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9i". 2) ,u/o Annu/ar

R"0áe0'"< %on medidores de caudal de 4rea varia/le en los cuales un +lotador cam/ia su posición dentro de un tu/o3 proporcionalmente el caudal del +luido.

T,';ina< Consisten en un rotor ?ue "ira al paso del +luido con una velocidad directamente proporcional al caudal. La velocidad del +luido e=erce una +uerza de arrastre en el rotorY la di+erencia de presiones de/ida al cam/io de 4rea entre le rotor 8 el cono posterior e=erce una +uerza i"ual 8 opuesta. e esta manera el rotor esta e?uili/rado 7idrodin4micamente

8 "ira

entre los conos anterior 8 posterior sin

necesidad de utilizar rodamientos aiales evitando as: rozamientos ?ue necesariamente se producir:a. ;o se recomienda este m
2*


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9i". &0

Medidor de ,ur/ina

ltrasónico Miden el caudal por di+erencia de velocidades del sonido al propa"arse este en el sentido del +lu=o del +luido 8 en el sentido contrario. Los sensores est4n situados en una tu/er:a de la ?ue se conocen el 4rea 8 el per+il de velocidades. En los modelos m4s sencillos la velocidad del +luido esta determinada por la si"uiente +ormula V



C 2 xtgxt 2D

en la ?ue  elocidad del +luido C elocidad del sonido en el +luido Z 4n"ulo del 7az de sonido con relación al e=e lon"itunidal de la tu/er:a  i4metro interior de la tu/er:a [t i+erencia entre los tiempos de transito del sonido a"uas arri/a 8 a"uas a/a=o del +luido. A

D

V V



B

&0


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9i". &1 Medidor de Caudal por ltrasonidos En otras ttra t
Teni*n Ind,cida #Medid"' Magn@0ic"$ < La Le8 de 9arada8 esta/lece ?ue la tensión inducida a trav
EB75LV E ,ensión "enerada en el conductor N Constante  ensidad del campo ma"n
&1


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En el medidor ma"n
9i". &2

Medidor Ma"n
C"'i"%i< %e /asa en el teorema de Coriolis matem4tico +ranc
&2


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9i". &&

E+ecto Coriolis

.5. - Pe" El peso de un cuerpo es la +uerz a con ?ue es atra:do por la tie rra. La relación entre la masa del cuerpo3 es decir3 la cantidad de materia ?ue contiene3 8 su peso viene dado por la epresión

PBg En la ?ue   eso m  Masa "  Aceleración de/ida a la "ravedad

(.+.1. - Unidade de Pe" Las m4s comunes son mili"ramos3 "ramos3 Rilo"ramos3 li/ra3 tonelada.

(.+.2. - Ti!" de in0',en0" (.+.&. - P'inci!i" = 4,nci"naien0" (.+.(. - In0a%aci*n T>!ica Eisten varios m

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5a%ana< Est4 constituida por una palanc a de /razos i"ual es en cu8os etremos cuel"an los platillos3 ?ue soportan los pesos. ueden medir 7asta &00 N".

9i". &' alanza

C@%,%a de ca'ga a ;ae de ga%ga e0en "@0'ica< Consiste en una c
9i". &5 Gal"as Etensiom
Al de+ormarse la "al"a etensiom
&'


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9i". &6. Celda de Car"a  osee ' "al"as etensiom
(.. -

L%aa

(..1. - P'inci!i" = 4,nci"naien0" (..2. - In0a%aci*n T>!ica La detección de llama en la industria es mu8 importante desde el punto de vista de se"uridad. Los ?uemadores de "as utilizados en 7ornos3 calderas de vapor3 necesitan para

?ue su +uncionamiento sea correcto ?ue la llama prod ucida por el

com/usti/le sea constante 8 de calidad 8 ?ue se manten"a en estas condiciones mientras el ?uemador este en marc7a. Ante un +allo en la llama3 el sistema de protección de/e actuar inmediatamente ecitando el circuito el

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campo el
periódicamente la tensión entre c4todo 8 4nodo3 con el +in ?ue se

esta/lezca conductividad del tu/o ciento de veces por se"undo3 dado ?ue el tu/o presenta3 una vez ecitado3 una descar"a auto mantenida en tanto eista un campo el
9i". &( etector de llama por radiación 

+. - Vá%),%a de C"n0'"% En el control autom4tico de los procesos industriales la v4lvula de control =ue"a un papel mu8 importante en el /ucle de re"ulación. !ealiza la +unción de variar el caudal del +luido. En la +i"ura &) puede verse una v4lvula de control t:pica. El cuerpo de la v4lvula contiene el o/turador 8 los asientos 8 esta provisto de /ridas para conectar la v4lvula a la tu/er:a. El o/turador es ?uien realiza la +unción del paso del l:?uido +luido# 8 puede actuar en dirección vertical o /ien tener un movimiento rotativo 8 esta unido a un v4sta"o. Est4 unido a un v4sta"o 8 ?ue accionado por un actuador.

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9i". &) 4lvula de Control

na v4lvula de control autom4tica es a?uella ?ue posee un actuador3 accionado por una seal neum4tica3 el
Las v4lvulas de control se clasi+ican de acuerd o al tipo de actuador ?ue se conecta al cuerpo de la v4lvula. %e pueden mencionar los si"uientes

a$

Ac0,ad"' Ne,á0ic"< !e?uiere de una seal de presión aire3 "as# para

"enerar la +uerza re?uerida con el +in de accionar el o/turador en el cuerpo e la v4lvula. Consiste en un dia+ra"ma con resorte ?ue tra/a=a entre & 8 15 psi 032 F 1 ar#3 es decir3 entre la posición de cierre 8 apertura de la v4lvula. Al aplicar cierta presión so/re el dia+ra"ma3 el resorte se comprime de tal +orma ?ue el mecanismo empieza a moverse 8 si"ue movi
&(

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9i". &* ,ipos de Actuadores Idealmente con una seal de & .%.I. la v4lvula de/e estar en 0W de su carrera 8 para una seal de 15 .%.I. de/e estar en 100W de su carrera. As: mismo de/e eistir proporcionalidad entre las seales intermedias 8 sus correspondientes posiciones. En la pr4ctica las v4lvulas se desv:an de este comportamiento de/ido a a# !ozamientos. /# El 4rea e+ectiva del o/turador varia con la carrera del v4sta"o de la v4lvula c# Es+uerzo en el o/turador de la v4lvula creado por la presión del +luido. d# 9uerza adicional del actuador de la v4lvula para conse"uir un cierre e+ectivo entre el o/turador 8 el asiento.

;$ Ac0,ad"' E% @c0'ic"< %on a?uellos ?ue usando una seal el
c$ Ac0,ad"' 6id'á,%ic"< C"ni0en en una /om/a de accionamiento el
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elevado 8 solo suelen ser usados cuando los actuadores neum4ticos no pueden cumplir con las especi+icaciones t
+.1. - Pa'0e In0e'na. O;0,'ad"' = Aien0" El o/turador 8 el asiento de la v4lvula constitu8e el Bcorazón de la v4lvulaB al controlar el caudal "racias al ori+icio de paso varia/le ?ue +orman al variar su posición relativa3 8 ?ue adem4s tienen la misión de cerrar el paso del +luido %e +a/rican normalmente de acero inoida/le por?ue este material es mu8 resistente a la corrosión 8 a la erosión del caudal

+.2. - Ti!" de Acci"ne en %a Vá%),%a de C"n0'"% %e"n su acción3 las v4lvulas se dividen en acción directa3 cuando tienen ?ue /a=ar para cerrar3 e inversa cuando tienen ?ue /a=ar para a/rir. Cuando la v4lvula se cierra al aplicar aire so/re el dia+ra"ma 8 se a/re cuando se ?uita el aire de/ido a la acción del resorte3 se dice ?ue la v4lvula sin aire ?ueda a/ierta. La v4lvula inversa necesita aire para a/rir 8 sin aire cierra

&*

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9i". '0 ,ipos de Acciones en las v4lvulas de control

'0

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9i". '1 Acción irecta e Inversa En al"unas situaciones se instalan v4lvulas con acción inversa3 en dado caso ?ue eista +allas en el suministro de aire se cierren autom4ticamente. Este caso se presenta en los intercam/iadores de calor en donde la alta temperatura es per=udicial para las si"uientes etapas del proceso.

+.&. - P"ici"nad"' Las +uerzas de dese?uili/rio ?ue actan en la v4lvula de control in+lu8en en la posición del v4sta"o de la v4lvula 8 7acen ?ue el control sea err4tico e incluso inesta/le. Estas +uerzas 8a se mencionaron anter iormente en este manual.

Compensa los

rozamientos ?ue se produce en el movimiento del o/turador. Estas +uerzas pueden compensarse empleando el posicionador. Esencialmente es un control proporcional de posición con un set point procedente del controlador3 varia/le de & a 15 psi. El posicionador compara la seal de entrada con la posición del v4sta"o 8 si esta no es correcta eiste una seal de error# env:a una seal al actuador o /ien lo elimina en el nivel necesario para la posición del v4sta"o corresponda eactamente o /ien sea proporcional a la seal neum4tica reci/ida. El posicionador dispone de 0&# tres manómetros para indicar las presiones del aire de alimentación3 de la seal proveniente del controlador 8 de la seal del posicionador de la v4lvula. ispone tam/i
+.(. - V"%an0e de Acci"naien0" Man,a% En el caso ?ue se ei"e m4ima se"uridad de +uncionamiento de una instalación 8 el proceso de/e continuar tra/a=ando independientemente de las aver:as ?ue puedan '1

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producirse3 es necesario mantener un control de la apertura 8 cierre de la v4lvula en caso de +allo de aire. El volante de accionamiento manual puede e+ectuar esta +unciónY puede estar u/icado en la parte superior o lateral

+.. - Ca%i;'aci*n de %a Vá%),%a de C"n0'"% La cali/ración se realiza de esta manera a# %in aire so/re la v4lvula3 se detecta el inicio de la carrera del o/turador3 8 poco a poco se aumenta la presión de aire 8 a & psi 032 ar# la v4lvula de/e iniciar su aperturaY si as: no ocurre se acciona el tornillo de cero ?ue re"ula la carrera del v4sta"o3 lo =usto para la v4lvula empiece a a/rir en & psi. En la parte eterna de la v4lvula de/e estar la indicación de porcenta=e de apertura en 0W. /# %e"uidamente se in8ecta 15 psi 8 el indicador de posición de/e marcar el 100W de la carrera de la v4lvula. %i no es as: se de/e a=ustar el tornillo de multiplicación %pan# ?ue re"ula el recorrido del v4sta"o. c# %e repiten los a=ustes de 0W 8 100W el nm ero de veces su+iciente para ?ue la v4lvula ?uede cali/rada correctamente.

'2


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9i". '2

etalle t:pico de 4lvula 9I%HE!

'&


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9i". '&

olante manual

9i". '' 4lvula ;eum4tica ''

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.- Si;"%"g>a Gene'a% en In0',en0aci*n Entre los s:m/olos m4s comunes usados tenemos 1# %:m/olos de Indicadores 8 Alarmas. 2# %:m/olos de Interconeión %eales#. &# Identi+icación de seales analó"icas 8 di"itales. '# ,ipos de a limentación. 5# Identi+icación de instrumentos. 6# %:m/olos m4s comunes en dia"ramas de lazos. (# %:m/olos de /icación de lanta. )# er irectorio %:m/olos en el C del curso.

/. - Lec0,'a e In0e'!'e0aci*n de P%an" tilizando 7erramientas tales como %im/olo":a de Instrumentos3 %:m/olos de Indicadores 8 Alarmas3 %eales de Interconeión 8 sim/olo":a utilizada en dia"rama de lazo 8 un poco de an4lisis 8 lo"ia estaremos en capacidad de lectura de planos. Este es un tema netamente pr4ctico 8 como tal se analizar4 en con=unto pro+esor-estudiante. er aneos.

. - La" de C"n0'"% El con=unto de elementos en un circuito cerrado se llaman BLazo3 Loop3 ucle B. ertenecen a este circuito cerrado todos los elementos conocidos para sensar varia/les con la nica condición ?ue tienen ?ue estar alimentados el
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9i". '5 Lazo3 Circuito Cerrado

. - Ce?,e" de La" Generalmente antes del arran?ue de 8a sea una planta o re+iner:a se realizan los llamados QC7e?ueos de LazoB3 esto es para veri+icar ?ue la seal se est4 reci/iendo en per+ecto estado en %ala de Control. %e simula desde el campo la salida ?ue posee el e?uipo3 como si en verdad 8a estuviera en +uncionamiento. Esto es con el +in de evitar +uturos pro/lemas a la 7ora del arran?ue de planta. %e desconectan los e?uipos en campo3 se le suministran una +uente de alimentación 8 se le in8ectan seales dependiendo ?ue tipo de salida presente el instrumento. eamos ?ue tipo de salida presentan los instrumentos 8 como es su simulación 

T'ani"'e< %e utilizan simuladores de '-20 ma  0W a 100 W#



Vá%),%a< %e o/serva como es el comportamiento de la v4lvula en campo. ;o se simula como tal solo se o/serva localmente si la v4lvula esta en posición cerrada o a/ierta se"n sea la orden enviada desde %ala de Control. La v4lvula siempre poseen Indicador local de apertura ó Cierre. !ecordando ?ue si es v4lvula neum4tica de/e poseer alimentación de aire.



In0e'',!0"'e< %e cierran o se a/ren los contactos se"n sea la ló"ica implementada en el diseo. '6

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A%a'a< %e alimenta desde campo la alarma 8 se o/serva si 7a8 seal en %ala de Control.



C"n0ac0"< %e a/re o se cierran los contactos 8 en %ala de Control se de/e o/servar el comportamiento de los contactos.



Te'"!a'e< %e simulan con simuladores de mv.



RTD< %e utilizan simuladores para !,. !ecordando ?ue el simulador de/e poseer tres conductores. Lo anterior es la parte /4sica de la simulación o c7e?ueo de lazo. Mediante la

pr4ctica el instrumentista ad?uirir4 destreza 8 eperiencia. Ante la duda es mu8 importante leer el manual con el +in de conocer ?ue tipo de seal env:a a la salida el instrumento a c7e?uear.

1F.- DCS #Si0ea de C"n0'"% Di0'i;,id"$ En los aos sesenta3 dentro de los es+uerzos dedicados a la resolución del pro/lema del control con "ran nmero de lazos se determino lo si"uiente 1# La velocidad de dato s 8 su salida 7acia las v4lv ulas de control 8 cual?uier instrumentación en campo de/:a ser en

Btiempo real B3 lo ?ue o/li"a/a

utilizar microprocesadores m4s poderosos. 2# Eliminar el tamao de los paneles re?uerido para el control cl4sico3 se cam/io el modelo de los monitores en los cuales el operador3 a trav
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tendencia3 o/tener una copia mediante la impresora de la tendencia3 re"istros de +allas3 etc. or todo lo eplicado anteriormente los C% se 7an consolidado en el mercado mundial como los sistemas ideales de control 8 7o8 en d:a sus venta=as son tan claras ?ue3 al instalas una nueva +a/rica o planta no se puede o/viar el empleo de esta tecnolo":a. En una C% podemos o/servar en los monitores 

Gr4+icos de roceso



,endencias Actuales



,endencia Históricas



!eportes



Alarmas Los monitores suministran in+ormación visual de los e?uipos del proceso3 su

estado operativo3 estado de las varia/les3 condiciones de las alarmas asociadas a estos e?uipos. Mediante los monitores se pueden supervisar actividades en sitios remotos 8 e=ecutar órdenes a distancias. sualmente los "r4+icos ?ue se o/serva en los monitores se ori"inan de los documentos \I. eamos al"unas +i"uras ?ue se o/servan en pantalla de las salas de control.

')

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9i". '6 ,endencia Actual

9i". '( Histórico de Alarmas '*

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9i". ') ,an?ue de Gas

LA;,A E GALLE,A%.

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Manual de Instrumentacion

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