NSTRUMENTOS DE CONTROL
Tema 1: Sensores y transductores
Un sensor es un dispositivo capaz de detectar diferentes tipos de materiales, con el objetivo de mandar una señal y permitir que continué un proceso, o bien detectar un cambio; dependiendo del caso que éste sea. Es un dispositivo que a partir de la energía del medio, proporciona una señal de salida que es función de la magnitud que se pretende medir.
Un transductor es el dispositivo que transforma una magnitud física (mecánica, térmica, magnética, eléctrica, óptica, etc.) en otra magnitud, normalmente eléctrica.
Tema 2: Instrumentación de campo
Transductor
Se
trata de un dispositivo que recibe energía de un sistema, y suministra energía.
Este suministro puede ser del mismo tipo o de otro sistema. En general
transforman la señal que reciben en una de tipo eléctrico o neumático, que es
más fácil de medir y transmitir. El transductor puede dividirse en pasivo,
activo y digital.
Receptores
Estos
son instrumentos que reciben las señales provenientes de los transmisores.
Otros instrumentos como los registradores y controladores son considerados
receptores.
Transmisores
Este
instrumento asume una tarea altamente compleja. Debe captar la variable medida
a través de un sensor y convertirla en una señal estándar para transmitir. Para
la transmisión existen estándares, tanto para analógica como digital.
Indicadores
Estos
instrumentos se usan para mostrar visualmente el valor presente de una cantidad
medida. Generalmente manejan un índice y una escala graduada en la que puede
leerse el valor de la variable. Hoy en día ya existen los indicadores
digitales, mismos que pueden incorporar sensores.
Convertidores
Diseñados
para cambiar de una señal estándar a otro tipo de señal. Los convertidores
pueden ser de dos tipos:
- Tipo
P/I para convertir señales de entrada neumática a señales eléctricas
- Tipo
I/P para convertir señales eléctricas en neumáticas
Este
instrumento es muy utilizado cuando existe instrumentación neumática in situ.
Controladores
Estos
instrumentos regulan la variable controlada y la comparan con un valor
predeterminado. Enseguida ajustan la salida de acuerdo con la diferencia o
resultado de la comparación. Con esta comparación se logran acciones
correctivas.
Subtema 1:
Instrumentos de medida de presión
• Sensores mecánicos
Son dispositivos que cambian su
comportamiento bajo la acción de una magnitud física que pueden directa o
indirectamente transmitir una señal que indica cambio.
- Directamente: la conversión de una forma de energía a otra se llaman transductores.
- Indirecta: Sus propiedades como la resistencia, la capacitancia o inductancia.
- La señal de un sensor puede ser usada para detectar y corregir las desviaciones de los sistemas de control, e instrumentos de medición.
- Son interruptores que se activan por la pieza de seguimiento.
- Estos sensores tienen dos posiciones diferentes, dentro y fuera, abierta o cerrada y que sirven para definir el estado del monitor de escenario.
Los sensores mecánicos son
utilizados para medir: Desplazamiento, posición, tensión, movimiento, presión,
flujo.
• Sensores electromecánicos
Un sensor eléctrico es un dispositivo que transforma una
cantidad física (temperatura, posición, intensidad de la luz, etc.) en una
cantidad eléctrica (a menudo un voltaje) que luego puede integrarse en una
cadena de procesamiento de señales.
Un sensor, también llamado detector, transductor o sonda, convierte los
parámetros que no son eléctricos en información que se puede evaluar
eléctricamente mediante tensiones y/o intensidades.
La curva de calibración del sensor es la curva que da la evolución de la cantidad
eléctrica característica del sensor en función de la cantidad física a la que
es sensible el sensor.
El sensor registra las cantidades físicas y las convierte con convertidores de
algún tipo según la magnitud y que veremos más adelante, en un voltaje
eléctrico, que el sensor establece en una relación fija con la cantidad
recogida de entrada.
Por lo tanto, un sensor escala las señales para que puedan interpretarse para
su procesamiento posterior.
Subtema 2:
Instrumentos de medida de caudal
• Caudalímetros
El caudalímetro es un instrumento de
medición de instalación fija. Con este caudalímetro puede determinar
el caudal de líquidos en tuberías. Puede montar los sensores del caudalímetro directamente
sobre la tubería sin la necesidad de tener que cortarla.
• Medidores de caudal electromagnéticos
El medidor de flujo electromagnético es un
instrumento que funciona según la Ley de Faraday. Es un equipo que tiene las
condiciones para medir el flujo que transita por una tubería. Funcionan de
acuerdo a la conductividad del líquido que están midiendo.
Subtema 3:
Instrumentos de medida de nivel
• Tipos de medidores de nivel
Los medidores de nivel de líquidos trabajan midiendo, bien directamente
la altura de líquido sobre
una línea de referencia, bien la presión hidrostática, bien el
desplazamiento producido en un
flotador por el propio líquido contenido en el tanque del proceso, o bien
aprovechando
características eléctricas del líquido.
Los instrumentos de medida directa se dividen en:
- ! Medidor de sonda
- ! Medidor de cinta y plomada
- ! Medidor de nivel de cristal
- ! Medidor de flotador.
Los aparatos 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
Los instrumentos que utilizan características eléctricas del líquido se
clasifican en:
- ! Medidor conductivo
- ! Medidor capacitivo
- ! Medidor ultrasónico
- ! Medidor de radiación
- ! Medidor láser
Subtema 4:
Instrumentos de medida de temperatura
• Tipos de medidores de temperatura
La temperatura es una de las
principales variables que afectan el curso de los procesos químicos, por tal
razón esta variable debe ser medida con la mayor exactitud posible para poder
controlarla adecuadamente.
Dentro de los principales
instrumentos que se utilizan para la medición de temperatura se tiene:
Termocuplas. Se basan en el hecho de que un diferencial de
potencial del orden de milivoltios se genera en un circuito continuo de dos
alambres metálicos diferentes. La señal varía con la temperatura de la “juntura
caliente”. Las termocuplas de hierro-constantan son comúnmente usadas en el
rango de temperatura de 0 a 1300 oF.
Termómetros de resistencia. Se basan en el hecho de que los metales
cambian su resistencia eléctrica cuando se someten a un cambio de temperaturas.
Termómetros llenos. Los Termómetros de sistema lleno se diseñan
para proporcionar una indicación de la temperatura a cierta distancia del punto
de medición. El Elemento sensible o medición (bulbo o ampolla) tiene un gas o
un liquido que cambia de volumen, presión o presión de vapor con la temperatura.
Este cambio se comunica por medio de un tubo capilar al Tubo de Bourdon u otro
dispositivo sensible a la presión y el volumen.
Estos dispositivos debido a su
simplicidad se utilizan con frecuencia en los procesos industriales.
Termómetros bimetálicos. El Bimetal termostático se define como un
material compuesto que consta de tiras de dos ó más metales unidos entre sí.
Debido a los diferentes índices de expansión de sus componentes, Esta
composición tiende a cambiar de curvatura cuando se somete a una variación de
temperatura.
Los Termostatos Bimetálicos se
destinan a utilizarse a temperaturas que oscilan entre 1000º F hasta –300º F e
incluso a niveles inferiores.
Termómetros de liquido en capilares de vidrio. Las tres formas de
Termómetros de liquido en capilares de vidrio son:
- Los Totalmente hechos de vidrio (de cuello grabado o de escala cerrada).
- De Tubo y Escala.
- Industriales.
Estos termómetros no se utilizan en
sistemas de control automático pero si se utilizan profundamente como
dispositivo de medición para el control manual y en laboratorios de control.
Pirómetros. “Pirometría de Radiación”, es la determinación de la
temperatura de un objeto por medio de la cantidad y la naturaleza de la energía
que irradia.
Estos dispositivos se clasifican
en:
- Pirómetros ópticos; basados en la brillantez de un objeto caliente.
- Pirómetros de Radiación; miden el índice de emisión de energía por unidad de área
La respuesta dinámica de la mayoría
de sensores es usualmente mucho más rápida que la dinámica del proceso mismo.
Los sensores de temperatura son una notable y a veces problemática excepción.
La constante de tiempo de una termocupla y un termómetro lleno pueden ser 30
segundos o más. Si el termómetro esta revestido con polimero u otro material,
el tiempo de respuesta puede ser varios minutos. Esto puede significar
degradación en la operación de control.
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