Alonzo

1
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INSTRUMENTACIÓN
BÁSICA DE PROCESOS
INDUSTRIALES
PONENTE:
M. EN C. ARMANDO MORALES SÁNCHEZ
16 AL 18 DE MAYO DEL 2007

2#
S Í N T E S I S C U R R I C U L A R
M. EN C. ARMANDO MORALES SÁNCHEZ
El M. en C. Armando Morales Sánchez cursó su licenciatura en Ingeniería en
Comunicaciones y Electrónica (1980) en la ESIME del IPN y su Maestría en
Ciencias en Ingeniería de Cómputo con Especialidad en Sistemas Digitales
en el Centro de Investigación en Computación del IPN.
En su ingreso al Instituto Mexicano del Petróleo (IMP) en 1981, curso la
Especialización de Ingeniería de Proyecto en Instrumentación y Control.
Hasta 1987 permanece en el departamento de ingeniería de control,
participando en la ingeniería básica y de detalle de instrumentación de 4
plantas industriales. A partir de 1988 y a la fecha, participa como
Responsable de la Automatización de las Plantas Piloto del IMP, donde se
han instrumentado e instalado sistemas de control digital (SCADA, PLC y
SCD) en más de 18 plantas piloto. Ha impartido cursos sobre
instrumentación y control a PEMEX y a compañías de iniciativa privada. De
1985 a 1988 fue miembro del comité educativo de la ISA México y durante
19 años fue profesor del IPN en el área de Electrónica. Ha dirigido 10 tesis
de licenciatura, 2 tesis de maestría y ha publicado 3 artículos
internacionales y 8 artículos nacionales.

3#
Entre las distinciones que ha recibido destacan, el reconocimiento al
desempeño en el IMP (1990), excelencia como expositor (1991), y en sus
estudios de maestría, mención honorífica, reconocimiento como el alumno
más sobresaliente y candidato a la presea Lázaro Cárdenas (2000). En el
2001 obtuvo el segundo lugar en el concurso IMP a la mejor tesis de
maestría sobre la industria petrolera. En el 2004 curso un Diplomado en
Metrología y otro en Aplicaciones de Sistemas de Control. Actualmente se
encuentra finalizando sus estudios del Doctorado en Ingeniería Eléctrica
con Especialidad en Control, en la Sección de Estudios de Posgrado e
Investigación de la ESIME, IPN, desarrollando un método de sintonización
para un control de matriz dinámica.

4#
Alcance: Al término del curso el participante conocerá los
conceptos básicos de la instrumentación, variables mas
importantes, principales características y aplicaciones.
Perfil: Conocimientos básicos de electricidad.
Dirigido a: Ingenieros o técnicos involucrados en servicios,
proyectos y mantenimiento dentro de las áreas de
Instrumentación y Control.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

11
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INSTRUMENTACIINSTRUMENTACIÓÓNN
BBÁÁSICA DE PROCESOSSICA DE PROCESOS
INDUSTRIALESINDUSTRIALES
CAPCAPÍÍTULO 1TULO 1
INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓNN
M. en C. Armando Morales Sánchez
16, 17 y 18 de mayo del 2007

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 un
instrumento?
¿En que influye la selección correcta de un
instrumento?

13#
Proceso
• Un proceso es una parte de una planta de manufactura, en la cuál, el
material o la energía es convertida a otras formas de material o energía.
Ejemplos:
– Cambio en presión, temperatura, velocidad, potencial eléctrico, etc.
PROCESO
Entrada de aire
caliente
Salida de
aire frío

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 a
cabo; el producto es removido y se sigue una secuencia que puede
parar o reiniciarse (Bebidas alcoholicas, productos alimenticios, etc).

15#
Sistema
Conjunto de elementos ordenados que
cumplen un objetivo, y uno solo de estos
elementos no puede cumplir, por si solo, el
trabajo de todo el sistema.

16#
Control
Acción o conjunto de acciones que buscan
conformar una magnitud variable, o conjunto
de magnitudes variables, en un patrón
determinado.

17#
Esquema general de control
Medición
Decisión
Acción

18#
Control de procesos
• La regulación o manipulación de variables que influencian en el
comportamiento de un proceso de una forma determinada para obtener un
producto con una calidad y una cantidad deseadas de una manera eficiente
DISTURBIOS
PROCESO
VARIABLE
CONTROLADA
VARIABLE
MEDIDA
CONTROLADOR
VARIABLES
MANIPULADAS

19#
Razones de control
•Seguridad
•Estabilidad
•Optimización
•Protección ambiental

20#
Seguridad
Preservar bajo cualquier condición la integridad del
personal y equipo involucrado en la operación de los
procesos.

21#
Estabilidad
Asegurar las condiciones de operación de los procesos,
para mantener en forma continua la calidad de los
productos, dentro de los límites especificados.

22#
Optimización
Asegurar el máximo beneficio económico en la operación
de los procesos.

23#
Protección ambiental
Reducir a su mínima expresión el impacto ecológico de
los efluentes del proceso, para cumplir con todas las
normatividades aplicables.

24#
y
t
Variable Analógica
y
t
Variable Digital
TIPOS DE VARIABLES DE ACUERDO A SU
COMPORTAMIENTO EN EL TIEMPO
Tipos de variables

25#
Señal analógica
Dominio del tiempo
Vibración
Voz
Sonar
Temperatura
Presión
Flujo
Esfuerzo
DC
ECG
Presión de sangre
Transientes
Cromatografía
0.985
t t f
Dominio de la frecuencia

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 un
interruptor
Salida:
Abre o cierra una válvula
on
off
t
1-
0-
t

27#
Metrología
La metrologLa metrologííaa es la ciencia de las medidas, cuyoes la ciencia de las medidas, cuyo
estudio 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 relacióónn
establecida entre cualquier magnitud y su patrestablecida entre cualquier magnitud y su patróón.n.
*La medición es el “proceso por el cual se asignan
números o símbolos a atributos de entidades del
mundo real de tal forma que los describa de acuerdo
con reglas o patrones claramente definidos" [Fenton
y Pfleeger, 1997].
*Fenton, N.E. y Pfleeger, S.L., Software metrics. A rigurous and practical approach, PWS
Pub, 1997

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 determinado
cuantitativamente. 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, resistencia
elelééctrica de un cable, Calorctrica de un cable, Caloríías que aporta unas que aporta un
alimento.alimento.

29#
Unidades de medida
KTTemperatura
stTiempo
mLLongitud
KgMMasa
Unidades SIRepresentación
dimensional
Magnitud
Magnitudes
fundamentales
Magnitudes
derivadas
Kg/m/sML-1
t-1
Viscosidad
J/Kg (N-m/Kg)FL/M=M2
L-2
Energía interna u
W (Kg/m/s3
)FL/t=ML-1
t-3
Potencia
J (Kg/m/s2
)FLEnergía
Kg/m3
ML-3
Densidad
Pa(N/m2
)FL2
=ML-1
t-2
Presión
m3
L3
Volumen
m2
L2
Area
N(Kg.m/s2)ML2
t-2
Fuerza
m/s2
Lt-2
Aceleración
m/sLt-1
Velocidad

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.

31#
Rango de las variables medidas
RANGOS TÍPICOS TIPO DE RANGO RANGO VALOR
BAJO DEL
RANGO
VALOR
ALTO DE
RANGO
SPAN
TERMOPAR K VARIABLE MEDIDA 0 A 2000 o
F 0 o
F 2000 o
F 2000 o
F
SEÑAL ELÉCTRICA -0-68 A 44.91 mV -0.68 mV. + 44.91 mV. + 5.556 mV.
MEDIDOR DE
FLUJO
VARIABLE MEDIDA 0 A 10,000 LB/HR 0 LB/HR 10,000 LB/HR 10,000
LB/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.
PRESIÓN
DIFERENCIAL
VARIABLE MEDIDA 10 A 100 “H2
O 10 “H2
O 100 “H2
O 90 “H2
O
SEÑAL ELÉCTRICA 4 A 20 mA. C.D. 4 mA. C.D. 20 mA. C.D. 16 mA. C.D.

32#
Ejemplo de rango de variables medidas
¿Cual será la señal en mA. que entrega un transmisor de
presión que mide 32.3 Kg/cm2 en un rango calibrado de
0-70 Kg/cm2, si el transmisor entrega su señal en un
rango de 4-20 mA. C.D.?

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.

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 la
repetibilidad y de la calibración del instrumento.
La precisión es el grado de concordancia entre una serie de
determinaciones obtenidas de repetir la medición y se expresa como la
desviación estándar relativa o el coeficiente de variación.Es función de
la repetibilidad y la reproducibilidad.
La resolución de un instrumento es el mínimo valor confiable que
puede ser medido en un instrumento.

35#
100%
0%
SPAN
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1009080706050403020100
VALORESDEENTRADA
VALOR DESEADO
SALIDA MEDIDA
RANGO DE EXACTITUD
± 5 % span
Exactitud de la medición

36#
Repetibilidad y Reproducibilidad
La repetibilidad es la precisión de resultados de medición
expresado como la concordancia entre determinaciones o
mediciones independientes realizada bajo las mismas
condiciones (operador, tiempo, aparato, lugar, método, etc).
Reproducibilidad de la medición es la precisión de resultados
de medición expresado como la concordancia entre
determinaciones independientes realizadas bajo diferentes
condiciones (operador, tiempo, aparato, lugar, método, etc).

37#
100%
0%
SPAN
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1009080706050403020100
VALORESDEENTRADA
VALOR DESEADO
SALIDA MEDIDA
Repetibilidad y Reproducibilidad
EL INSTRUMENTO CON QUE SE REALIZA LA
MEDICIÓN ES UN INSTRUMENTO PRECISO,
MAS NO EXACTO

38#
Linealidad
S
A
L
I
D
A
LINEAL
FLUJO
CURVA CARACTERÍSTICA
LINEALIDAD (ENTRADA/SALIDA)
Se define como la cercania con la cual una curva se aproxima a una línea
recta. La linealidad es usuamente medida como una no linealidad y
expresada como linealidad. Hoy en día algunos instrumentos tienen un
ajuste de linealidad
LINEALIDAD

39#
Histéresis
S
A
L
I
D
A
LINEAL
FLUJO
Es la medida de la diferencia en respuesta de un dispositivo o sistema
al incrementar la señal de entrada de un valor mínimo a un valor
máximo y, con respecto a cuando se decrementa de un máximo a un
mínimo sobre el mismo rango.
HISTERESIS

40#
Error
Diferencia algebráica entre los valores indicados y los
valores verdaderos de la variable medida. Existen
diferentes tipos de errores:
• Error de span
• Error de cero
• Error de linealización

41#
Error de cero
100%
VALOR VERDADERO
0
100%
% DE ENTRADA
%DESALIDA
ERRORES DE CERO
Un instrumento tiene un error de cero cuando todas las indicaciones
del instrumento son consistentemente altos o consistentemente bajos
a través del rango completo del instrumento cuando es comparado
con la salida deseada.

42#
Error de Span
En el error de span, la desviación del valor ideal varía en diferentes
puntos a lo largo del rango del instrumento. Normalmente se
incrementa, cuando la señal de entrada se incrementa.
100%
VALOR VERDADERO
0
100%
%DESALIDA
ERRORES DE SPAN
% DE ENTRADA

43#
Errores de Span y de Cero combinados
100%
VALOR VERDADERO
0
100%
%DESALIDA
COMBINACIÓN DE
ERRORES DE
SPAN Y CERO
% DE ENTRADA

44#
Error de linealidad
Es cuando el resultado de la salida no presenta una línea recta con
respecto al valor de entrada. El error de no linealidad puede ser
corregido durante la calibración si el instrumento tiene un ajuste de no
linealidad. Generalmente se recomienda tomar 5 puntos.
LINEAL
0
100%
%DESALIDA
100%
% DE ENTRADA
ERRORES CAUSADOS
POR LA NO LINEALIDAD

45#
Especificación de características de un
instrumento
Un 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 en
función 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

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.

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 ingenierInterpretar resultados de la ciencia, la ingenieríía, 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.

48#
•• AnteriormenteAnteriormente:: errorerror y any anáálisis delisis de erroreserrores..
•• El error es el resultado de una medida menos el valorEl 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 el
valor del mensurando y corresponde a la duda delvalor del mensurando y corresponde a la duda del
resultado de la mediciresultado de la medicióón, an, aúún cuando sean eliminadosn cuando sean eliminados
los errores detectados.los errores detectados.

49#
Incertidumbre de la Medición
Parámetro asociado al resultado de una medición que caracteriza la
dispersión de los valores, que podrían razonablemente ser atribuídos al
mensurando.

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 el
valor 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 o
corregidos los errores detectados.corregidos los errores detectados.

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, presióónn
atmosfatmosféérica, 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).).

52#
Normativa de estimación de
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, el
laboratorio debe al menos intentar identificar todos los
componentes de la incertidumbre y hacer una estimación razonable
basada en el conocimiento del desempeño del método y del
alcance 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 incertidumbre
que sean de importancia para la situación dada; usando métodos
apropiados de análisis.

53#
Calibración
La calibración de un instrumento es el conjunto de operaciones que
establece, bajo condiciones especificas, la relación entre valores
indicados por un instrumento de medición o sistema de medición o los
valores representados por una medida materializada y los valores
correspondientes de la magnitud, realizada por los patrones. En forma
simple se define como la comparación de las indicaciones de un
instrumento contra un patrón, sin efectuar ningún ajuste.
CALIBRACIÓN APROPIADA
MEDICIÓN EXACTA
BUEN CONTROL DEL PROCESO
SEGURIDAD Y COSTOS BAJOS

54#
Diagrama de bloques de la calibración
INSTRUMENTO
BAJO PRUEBA
PROCESO O
ENTRADA
SIMULADA
MEDICIÓN
DE ENTRADA PATRÓN
(NORMALIZADA)
MEDICIÓN
DE SALIDA
(NORMALIZADA)
FUENTE DE ENERGÍA

55#
Programas de calibración de
instrumentos
PROGRAMA ANUAL DE CALIBRACIÓN DE EQUIPOS DE MEDICIÓN
2003
CLAVE
INVENTARIO
NOMBREDEL EQUIPO MARCA MODELO NO. SERIE
VIDA ÚTIL
DEMANDANTE
RANGO DE
MEDICIÓN
PRECISIÓN
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.I13 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 0931-001-007-9 10 años 0-40 oC 0.015 oC IMP 1 año

56#
Patrones de calibración
PATRÓN (de medición)
Medida materializada, instrumento de medición, material de
referencia o sistema de medición destinado a definir, realizar,
conservar o reproducir una unidad o más valores de una
magnitud para utilizarse como referencia.
PATRÓN NACIONAL (de medición)
Patrón reconocido por una decisión nacional en un
país, que sirve de base para asignar valores a otros
patrones de la magnitud concerniente.

57#
Patrones de calibración
PATRÓN (de medición).- Medida materializada, instrumento de
medición, material de referencia o sistema de medición destinado
a definir, realizar, conservar o reproducir una unidad o más
valores de una magnitud para utilizarse como referencia.
PATRÓN NACIONAL (de medición).- Patrón reconocido por una
decisión 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 para
calibrar o controlar las medidas materializadas, instrumentos
de medición o los materiales de referencia.

58#
Trazabilidad de la medición
Propiedad del resultado de una medición o del valor de un patrón por la
cual pueda ser relacionado a referencias determinadas generalmente
patrones nacionales o internacionales por medio de una cadena
ininterumpida de comparaciones teniendo todas las incertidumbres
determinadas.
Patrón Nacional o Primario
Consumidor, industria, comercio
Definición de la
Unidad de Medida
Laboratorio Nacional
Laboratorios de
Calibración Acreditados
Instrumento de Medición o equipo
calibrado
BIPM
Patrón de Referencia
Patrón de Trabajo

59#
Ejemplo de trazabilidad de la medición

60#
Patrones de trabajo
PATRONES
MANÓMETROS COLUMNAS H2O HG
POTENCIOMÉTRICOS
PUENTE DE WHEATSONE
BALANZA DE PESOS MUERTOS

64#
Calibrador de presión
7 8 9
654
1 2 3
0 .+/- ENTER
SETUP
RANGE
CLEAR
(ZERO)
V
MEAS
SOURCE
mA
TC
RTO
V
Hz
SAVE MORE
CHOICES
SCALE
ENG UNITS
AUTO RANGE
0 15 30 mA
20.451 mA
11/18/93 07:44:08
SOURCE OFF
FLUKE 702
V
RTD
MA MA
RTD
MEAS
V
SOURCE
30V MAX
300V
MAX
MEASURE
~
DOCUMENTING PROCESS CALIBRATOR

65#
Medición Industrial
•Medición Local
•Medición Remota

66#
Medición Local
MEDICIÓN
LOCAL
MANÓMETROS
MIRILLAS
DE NIVEL
TERMOMETROS
MIRILLAS
DE FLUJO

67#
Medición Remota
MEDICIÓN
REMOTA
TRANSMISORES
NEUMÁTICOS
TRANSMISORES
ELÉCTRICOS
TRANSMISORES
DIGITALES

68#
Instrumentación
La instrumentación es una especialidad referente a los
instrumentos de medición, principalmente a los utilizados
industrialmente, y forma parte primordial dentro de un
sistema 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 una
buena especificación y selección de la instrumentación
óptima en un proceso industrial lo cual contribuirá como
un factor de aumento de calidad y eficiencia en la
producción.

69#
Hojas de datos de instrumentos
Una hoja de datos es una tabla donde se introducen los
datos de proceso mínimos necesarios para efectuar la
especificación de un instrumento, como pueden ser:
temperatura normal y máxima de operación, presión normal
y máxima de operación, material de la tubería, tipo de
fluído, diámetro de la tubería, etc.
En un proyecto, generalmente estos datos se toman del
diagrama de flujo de proceso y del diagrama de tubería e
instrumentación, en el que se indican las condiciones de
operación de los puntos importantes del proceso y las
características de los recipientes y de las líneas de tubería.

70#

71#

72#
Hoja de especificación de instrumentos
Una hoja de este tipo especifica las características
generales y específicas del instrumento para su compra.
Para el llenado de esta hoja, es necesario conocer el tipo
de instrumento que se ha seleccionado en base a las
condiciones de operación plasmadas en las hojas de datos
de instrumentos.
La hoja de especificación es un documento básico dentro
de la ingeniería de proyecto, ya que fundamenta la compra
y sirve de apoyo para las diferentes actividades
subsecuentes de un proyecto, como los típicos de
instalación, diagramas de alambrado, suministros de
energía, etc.

73#
Hojas de
especificación
de
instrumentos
(ISA S20)

74#
Hojas de
especificación
de
instrumentos
(ISA S20)

75#
Hojas de
especificación
de
instrumentos
(ISA S20)

76#
Evolución de la instrumentación y
control
PERÍODO ANTES DE
1920
1930
A 1940
1940
A 1950
1950
A 1960
1960
A 1970
1970
A 1980
1980
A 1990
1990
EN ADELANTE
INSTRU
MENTA
CIÓN
MEDICIONES
LOCALES
ELEMENTOS
FINALES DE
CONTROL
PRIMEROS
SERVO
MECANISMOS
ACTUADORES
NEUMÁTICOS
PRIMEROS
INSTRUMENTOS
ELECTRÓNICOS
PRIMERAS
CELDAS DE
PRESIÓN DIF.
SURGE LA
CROMATOGRAFÍA
DE GASES
SURGEN NUEVOS
PRINCIPIOS DE
MEDICIÓN
DESARROLLO DE
NUEVOS
CONTROLADORES
ELECTRÓNICOS
MAS CAPACES
SE DESARROLLAN
NUEVOS TIPOS
DE VÁLVULAS DE
CONTROL
SE INTRODUCEN
LOS MICRO
PROCESADORES
EN LA
INSTRUMENTACIÓN
SE
DESARROLLAN
NUEVOS
INSTRUMENTOS
CON MEJOR
EXACTITUD Y
CONFIABILIDAD
CON PRECIOS
REDUCIDOS
SE
DESARROLLAN
INSTRUMENTOS
INTELIGENTES
CON
FUNCIONES
MÚTLIPLES
CON AUTO
CALIBRACIÓN Y
AUTO
DIAGNÓSTICO
SISTEMAS
DE
CONTROL
CONTROL
MECÁNICO
CONTROL
DE DOS
POSICIONES
PRIMEROS
CONTROLES
NEUMÁTICOS
PID
PRIMEROS
CONTROLES
LÓGICOS
PROGRAMABLES
DESARROLLO
DE LA TEORÍA
DE CONTROL
MODERNA
PRIMERAS
TÉCNICAS DE
SINTONÍA
SE DEFINEN LAS
BASES DE
CONTROL
SUPERVISORIO Y
DE CONTROL
DIGITAL DIRECTO
SE DEFINEN LAS
BASES DE
CONTROL
DISTRIBUIDO
SE DESARROLAN
LOS PRIMEROS
PLC´s DIGITALES
SE INCREMENTA
LA CAPCIDAD DE
LOS SISTEMAS DE
CONTROL
DISTRIBUIDO Y DE
LOS PLC´s
SE
DESARROLLAN
LAS PRIMERAS
APLICACIONES
DE CONTROL
AVANZADO
SE
INTRODUCEN
LOS
CONCEPTOS
DE INTER
OPERABILIDAD
E INTER
CONECTIVIDAD
TELE
METRIA
INSTRUMEN-
TACIÓN
LOCAL
TRANSMISIÓN
NEUMÁTICA
TRANSMISIÓN
ELÉCTRICA
TRANSMISIÓN
4-20 mA.
SE
DESARROLLAN
LOS PRIMEROS
SISTEMAS DE
TELEMETRÍA
SE DESARROLLAN
LOS PRIMEROS
SISTEMAS DE
FIBRA ÓPTICA
SE
NORMALIZAN
LOS PRIMEROS
PROTOCOLOS
DIGITALES
SE
INTRODUCEN
LOS CANALES
DE CAMPO

77#
¿Cómo seleccionar un medidor?
Fundamentalmente la selección se basa en las consideraciones de
proceso, a la importancia del dato de medición en el proceso y al
aspecto económico.
De ahí la importancia de conocer el principio de medición de los
diferentes tipos de medidores y los cálculos necesarios de los
elementos 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.

78#
Tips para seleccionar un medidor
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 la
mejor 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 en
aplicaciones críticas de flujo.

79#
Ejemplo de características principales para la
selección de un medidor de flujo
ESTANDARES DE LA COMPAÑÍA CONEXIONES PARA INSTALACIÓN: BRIDADO,
ROSCADO, ETC.
REQUERIMIENTOS LEGALES LIMITACIONES DE ESPACIO
FASE DEL FLUIDO PRINCIPAL TRAYECTORIA DE TUBERIA CORRIENTE ARRRIBA
CONTENIDO DE SOLIDOS COMPONENTES MAS CERCANOS CORRIENTE
FACTORES DE CALIBRACIÓN NIVEL DE VIBRACIÓN
TIPO DE FLUIDO: AGUA, AIRE HC, ETC REPETIBILIDAD DE LECTURA
NATURALEZA DEL FLUIDO: CORROSIVO,
CONDUCTIVO, ETC
VELOCIDAD O TOTALIZACIÓN
TAMAÑO Y MATERIAL DE TUBERÍA TIEMPO DE RESPUESTA
INDICADOR DE FLUJO FLUJO MÁXIMO Y MÍNIMO
OBSTRUCCIÓN DE FLUJO PÉRDIDA DE PRESIÓN PRESIÓN MÁXIMA Y MÍNIMA
TIPO DE SALIDA DE CONTROL TEMPERATURA MÁXIMA Y MÍNIMA
TIEMPO ENTRE INSPECCIÓN Y MANTENIMIENTO DENSIDAD DEL FLUIDO
SEGURIDAD VISCOSIDAD DEL FLUIDO
COSTO FLUJO PULSANTE?
DESVÍO DE CALIBRACIÓN FLUJO LAMINAR?
PROVEEDORES CONDICIONES EXTERNAS: HUMEDAD, CALOR,

80
Standards
Certification
Publishing
SIMBOLOGSIMBOLOGÍÍAA
23, 24 y 25 de mayo del 2007

81#
Los diagramas de tubería e instrumentación
(DTI´s)
Los DTI’s son diagramas que contienen básicamente los
equipos de proceso, las tuberías, los instrumentos y las
estrategias de control del proceso. Un DTI es el elemento
único más importante en el dibujo para:
Definir y organizar un proyecto
Mantener el control sobre un contratista durante la
construcción
Entender como es controlada la planta después de
finalizar el proyecto
Mantener un registro de lo que fue acordado y aprobado
formalmente para la construcción
Registrar lo que fue construido en la forma como se
diseño con los DTI’s

82#
Los diagramas de tubería e instrumentación
(DTI´s)
Los DTI’s son conocidos con varios nombres, pero todo
mundo sin tomar en cuenta como son nombrados conocen su
valor. Estos son algunos de los nombres por los cuales son
conocidos :
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 una
base para luego añadir sus propias modificaciones de
acuerdo a sus necesidades.

83#
Normas ISA aplicables a DTI’s
No hay “norma” DTI o acuerdo en la información que
debe 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 de
control en: las industrias químicas y petroquímica,
generación de energía, pulpa y papel, refinación, metales,
aire acondicionado, etc. y pueden ser utilizadas en
procesos continuos, por lotes y discretos.

84#
• ANSI/ISA-S5.1-1984 (R1992), Identificación y símbolos de
instrumentación.
• ANSI/ISA-S5.2-1976 (R1992), Diagramas lógicos binarios para
operaciones de proceso.
• ISA-S5.3-1983, Símbolos gráficos para control distribuido,
instrumentación de desplegados compartidos, sistemas lógicos y
computarizados.
• ANSI/ISA-S5.4-1991, Diagramas de lazo de instrumentación.
• ANSI/ISA S5.5-1985, Símbolos gráficos para desplegados de proceso.
Normas ISA aplicables a DTI’s

85#
Otras normas de simbología
• ASA Y32.11-1961 – Símbolos gráficos para diagramas de flujo de
proceso 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)

86#
Diagrama de tubería e instrumentación
(DTI ó P&I)

88#
Contenido de la norma ANSI/ISA
S5.1-1984
1. Propósito.
2. Alcance.
3. Definiciones.
4. Reglas de identificación de instrumentos.
5. Tablas.
6. Dibujos.

89#
1. Propósito
Establecer un significado normativo de los
instrumentos y sistemas de instrumentación
utilizados para la medición y el control,
incluyendo símbolos y códigos de
identificación.

90#
2. Alcance
1. Generalidades.
2. Aplicación a industrias.
3. Aplicación a actividades de trabajo.
4. Aplicación a diferentes tipos de
instrumentación y a funciones de
instrumentos.
5. Extensión de identificaciones funcionales.
6. Extensión de identificaciones de lazos.

91#
Aplicación a Industrias
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 la
norma tenga la suficiente flexibilidad para manejar muchas
de las necesidades de algunos campos como la astronomía,
navegación y medicina que utilizan instrumentación diferente
de los instrumentos convencionales de proceso.

92#
Aplicación a actividades de trabajo
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, diagramas
de lazos y diagramas lógicos,
-Descripciones funcionales,
-Diagramas de flujo de: procesos, mecánicos, de
ingeniería, de tubería e instrumentación (DTI o P&I),
-Especificaciones, ordenes de compra, etc.

93#
Aplicación a funciones de instrumentos y a
clases de instrumentación
Los métodos de identificación y simbolismos proporcionados
por la norma se aplican a todas las clases de instrumentación
de control y medición de procesos.
La norma no solo puede utilizarse para describir instrumentos
digitales y sus funciones, sino también para describir las
funciones analógicas de los sistemas, como por ejemplo:
control compartido , control distribuido y control basado en
computadora.

94#
Extensión de identificación funcional y de
lazo
La norma proporciona la identificación y simbolización de las
funciones clave de un instrumento, es decir, son funciones
generalizadas, así que cuando se requieren detalles
adicionales del instrumento, es conveniente recurrir a la hoja
de especificación del instrumento o algún otro documento
para cubrir la especificación detallada.
La norma cubre la identificación de un instrumento y todos
las funciones de control asociadas con un lazo de control.

95#
3. Definiciones
Para propósitos de conocimiento de la norma, es
conveniente analizar algunas definiciones:
Alarma. Un dispositivo o función que señala la existencia de
una condición anormal por medio de un cambio discreto
visible o audible, o ambos, con el fin de llamar la atención.
Automatización. Es el acto o método de hacer que un
proceso funcione sin la necesidad de la intervención de un
operador.
Banda Muerta. Rango a través del cual puede variar la señal
de entrada, hacia un dispositivo, sin éste inicie una
respuesta. Generalmente se expresa como un porcentaje del
rango de operación.
Binario. Término aplicado a una señal que sólo tiene dos
estados o posiciones discretas (on-off, alto-bajo, etc).

96#
Definiciones
Círculo. Símbolo utilizado para denotar e identificar el
propósito o función de un instrumento y puede contener un
número de identificación (ballon, bubble)
Configurable. Término aplicado a un dispositivo o sistema
en el que sus características pueden ser seleccionadas o
rearregladas a través de programación o algún otro método.
Controlador. Un dispositivo que tiene una salida que varía
para regular una variable controlada de una manera
específica y puede ser un dispositivo analógico o digital. Un
controlador automático varía su salida automáticamente, en
respuesta a una entrada directa o indirecta de una variable
de proceso medida.

97#
Definiciones
Controlador compartido. Un controlador que contiene
algoritmos preprogramados que son usualmente accesibles,
configurables y asignables y permite un número de variables
de 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 en
alguna forma de señal y transmite una señal de salida en
alguna otra forma. El convertidor también se le llama
transductor, aunque el término transductor no se recomienda
utilizarse para conversión de señales.
Corrimiento. Cualquier cambio paralelo de la curva de
entrada -salida.

98#
Definiciones
Digital. Término aplicado a una señal o dispositivo que utiliza
dígitos binarios para representar valores continuos o estados
discretos.
Dispositivo de cómputo. Un dispositivo o función que
ejecuta 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 un
estado o salida predeterminada. El elemento primario puede
estar separado o integrado con otro elemento funcional de un
circuito, también se le conoce como detector o sensor.

99#
Definiciones
Estación de Control. Estación manual de carga que también
proporciona la transferencia entre los modos de control
automático y manual de un circuito de control. Se conoce
también como estación automático y manual.
Estación Manual de Carga. Dispositivo que cuenta con una
salida ajustable manualmente que se usa para actuar uno o
más dispositivos remotos, pero que no puede ser usada para
transferir entre los modos de control automático y manual de
un circuito de control.
Error. Es la diferencia algebraica entre la indicación actual y
el valor verdadero de una magnitud medida. A menudo
expresado como un porcentaje del SPAN O del valor a
escala total. Los valores positivos del error denotan la
indicación del instrumento es más grande que el valor real.

100#
Definiciones
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 la
escala total.
Frecuencia Natural. Frecuencia a la cual el sensor, bajo
condiciones 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 alcanza
primero desde una carga cero y después desde la escala
total.

101#
Definiciones
Identificación. Secuencia de letras y/o dígitos usados para
designar un instrumento individual o un circuito.
Instrumento. Dispositivo utilizado para medir y/o controlar
una variable directa o indirectamente. El término incluye
elementos primarios, finales, dispositivos de cómputo y
dispositivos eléctricos como alarmas, interruptores y botones
de paro.
Instrumentación. Es la rama de la ingeniería involucrada
con la aplicación de los instrumentos a un proceso industrial
para medir o controlar alguna variable y es referida a todos
los instrumentos para cumplir este propósito.

102#
Definiciones
Interruptor. Dispositivo que conecta, desconecta o transfiere
uno o más circuitos, y que no es designado como
controlador, un revelador o una válvula de control. EI
interruptor 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 proceso
Linealidad. Se define como la desviación máxima a partir de
una 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 el
tablero ni atrás del tablero. Los instrumentos locales están
comúnmente en la vecindad de un elemento final de control.

103#
Definiciones
Longitud de Inmersión. Longitud desde el extremo libre del
pozo 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 de
un sistema o dispositivo. También se le conoce como luz
monitora.
Medición. Determinación de la existencia o magnitud de una
variable. Los instrumentos de medición incluyen todos los
dispositivos 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 de
ajuste.

104#
Definiciones
Montado en Tablero. Término aplicado a un instrumento
que 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 se
encuentra atrás del tablero y que contiene los instrumentos
que no es necesario que se encuentren accesibles al
operador para su uso normal.
Proceso. Cualquier operación o secuencia de operaciones
que involucre un cambio de estado, de energía, de
composición, de dimensión de otra propiedad que puede
definirse con respecto a un dato.
Programa. Secuencia repetida de acciones que definen el
estado de las salidas en relación a un conjunto de entradas.

105#
Definiciones
Punto de Ajuste. (Set -Point, SP) magnitud predeterminada
de una variable de proceso que el controlador trata de
mantener.
Punto de Prueba. Conexión de proceso en la cual no hay
instrumento conectado permanentemente, pero la cual está
colocada para usarse temporal o permanentemente para la
conexión 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 de
temperaturas sobre el cual el sensor se compensa para
mantener el rango de operación y el balance del cero dentro
de los límites especificados.

106#
Definiciones
Rangeabilidad. La relación entre los valores de más alto y
más bajo rango.
Relevador. Dispositivo que recibe información en la forma de
una o más señales de instrumento, modifica la información o
su forma o ambas si se requiere, envía una o más señales
resultantes y no es designado como controlador, interruptor o
algún otro, el término relevador se aplica especialmente
también a un interruptor eléctrico que es actuado
remotamente por una señal eléctrica.
Reluctancia. Oposición que presenta una sustancia
magnética al flujo magnético. Se expresa como la relación de
la diferencia de potencial magnético, al flujo correspondiente.

107#
Definiciones
Repetibilidad. La capacidad de un instrumento de generar
una señal de medición cuya magnitud permanecerá dentro
de los límites establecidos de repetibilidad bajo idénticas
condiciones de proceso sucediendo en tiempos diferentes.
Resolución. El cambio más pequeño en la variable de
proceso que produce un cambio detectable en la señal de
medición expresado en porcentaje de la escala total.
Respuesta. Comportamiento de la salida de un dispositivo
como 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 de
tiempo.
Ruido. Perturbaciones externas o cualquier otra señal que
no aporta información.

108#
Definiciones
Sistema de control distribuido. Un sistema integrado
funcionalmente que consiste de subsistemas separados
físicamente y localizados remotamente uno de otro.
Sensitividad. (Sensibilidad) La razón de cambio en la salida
causada por un cambio en la entrada, después que se ha
alcanzado el estado estacionario. Se expresa como la
relación numérica en unidades de medición de las dos
cantidades establecidas.
Señal. Información que en forma neumática, eléctrica, digital
o mecánica, se transmite de un componente de un circuito de
instrumentación a otro.
Tablero. Una estructura que contiene un grupo de
instrumentos montados en él y al cual se le da una
designación individual. Pueden consistir de una o más

109#
Definiciones
casillas, secciones escritorios o paneles. Es el punto de
interfase entre el proceso y el operador.
Telemetría. La práctica de transmitir y recibir la medición de
una variable para lectura u otros. El término se aplica
comúnmente a sistemas de señal.
Termistor. Resistor eléctrico cuya resistencia varia con la
temperatura.
Tiempo de Respuesta. Intervalo de tiempo requerido para
que la señal de "-~ medición de un detector alcance un
porcentaje 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 un
cambio en la entrada y el comienzo de la respuesta
resultante.

110#
Definiciones
Transmisor. Dispositivo que detecta el valor de una variable
de proceso por medio de un elemento primario (o sensor) y
que tiene una salida cuyo valor de estado estacionario varia
sólo como una función predeterminada de la variable de
proceso. Elemento primario puede o no ser integral al
transmisor.
Válvula de Control. Elemento final de control, a través del
cual, un fluido pasa, que ajusta la magnitud del flujo de dicho
mediante cambios en el tamaño de su abertura y de acuerdo
con la señal que recibe del controlador, y así lograr la acción
correctiva necesaria.
Variable. Cualquier fenómeno que no es de estado
necesario sino que involucra condiciones continuamente
cambiantes.

111#
Reglas para la identificación de
instrumentos
a) Cada instrumento o función a ser identificado se le
designa un código alfanumérico o número de identificación:
TIC-103
b) El número del instrumento puede incluir información del
código de área o series específicas. Normalmente la serie
900 a 99 puede ser utilizada para instrumentos relacionados
con seguridad.
c) Cada instrumento puede representarse en un diagrama
por un símbolo que puede acompañarse con una
identificación.
IDENTIFICACIÓN
FUNCIONAL
NÚMERO DEL
INSTRUMENTO

112#
instrumentos
d) La identificación funcional del instrumento consiste de
letras de acuerdo a la tabla, en donde la primer letra designa
la variable inicial o medida y una o mas letras subsecuentes
identifican la función del instrumento.
TIC
VARIABLE MEDIDA
(Temperatura)
FUNCIÓN
(Indicador Controlador)

113#
Identificación de
instrumentos

114#
Combinaciones en la identificación

115#
instrumentos
e) La identificación funcional del instrumento se realiza de
acuerdo a la función y no a la construcción (por ejemplo, un
transmisor de nivel LT en lugar de un transmisor de presión
diferencial 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.

116#
Notas para la identificación de
instrumentos
1. Para cubrir las designaciones no normalizadas que
pueden emplearse repetidamente en un proyecto se han
previsto letras libres. Estas letras pueden tener un
significado como primera letra y otro como letra sucesiva.
Por ejemplo, la letra N puede representar como primera
letra 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 o
un numero limitado de veces. Se recomienda que su
significado figura en el exterior del circulo de identificación
del instrumento. Ejemplo XR-3 Registrador de Vibración.

117#
instrumentos
3. Cualquier letra primera se utiliza con las letras de
modificación D (diferencial), F (relación) o Q
(interpretación) o cualquier combinación de las mismas
cambia su significado para representar una nueva variable
medida. Por ejemplo, los instrumentos TDI y TI miden dos
variables 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 al
lado del símbolo en el diagrama de proceso.

118#
instrumentos
5.El empleo de la letra U como multivariable en lugar de
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 elementos
primarios y a elementos finales de control que protejan
contra condiciones de emergencia (peligrosas para el
equipo o el personal). La designación PSV se aplica a
todas las válvulas proyectadas para proteger contra
condiciones de emergencia de presión sin tener en cuenta
las características de la válvula y la forma de trabajo la
colocan en la categoría de válvula de seguridad, válvula de
alivio o válvula de seguridad de alivio.

119#
instrumentos
8.La letra de función pasiva vidrio, se aplica a los
instrumentos que proporciona una visión directa no
calibrada del proceso.
9.La letra indicación se refiere a la lectura de una medida
real 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 debe
designarse por una primera letra seguida de la letra
sucesiva I.
11.El empleo de la letra U como multifunción en lugar de
una combinación de otras letras es opcional.

120#
instrumentos
12.Se supone que las funciones asociadas con el uso de la
letra 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 deben
corresponder 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 de
un transmisor de nivel de acción inversa debe designarse
LAH incluso aunque la alarma sea actuada cuando la señal
cae a un valor bajo.

121#
instrumentos
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 posición
de apertura completa.
Bajo: Denota que se acerca o esta en la posición
completamente cerrada.

122#
Ejercicio 1
Efectuar la identificación funcional de los siguientes
instrumentos:
a) LIC
b) PY
c) FV
d) FQI
e) WT
f) TE
g) AIC
h) SR
i) TAHH
j) LSL

123#
Ejercicio 2
Indicar los códigos alfanuméricos de los siguientes
instrumentos:
a) Registrador de temperatura
b) Convertidor electroneumático de presión
c) Interruptor por bajo nivel de flujo
d) Totalizador de flujo
e) Indicador de velocidad
f) Termopozo de temperatura
g) Controlador de presión
h) Válvula de control de análisis
i) Alarma por muy alta presión
j) Relevador de presión

124#
Tips para numeración de instrumentos
• Utilizar un número básico si el proyecto es pequeño y no hay números
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

125#
• Algunos proyectos utilizan una secuencia numérica para cada variable de
proceso:
– 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

126#
• Algunos proyectos utilizan una secuencia numérica recta:
– FT-1, FIC-1, FV-1
– 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 el
mismo lazo tienen identificaciones idénticas:
– PV-006A, PV-006B

127#
Símbolos generales de instrumentos
LOCALIZACIÓN
PRIMARIA
*** NORMALMENTE
ACCESIBLE AL
OPERADOR
MONTADO
EN CAMPO
LOCALIZACIÓN
AUXILIAR
*** NORMALMENTE
ACCESIBLE AL
OPERADOR
INSTRUMENTOS
DISCRETOS
MONITOREO COMPARTIDO
CONTROL COMPARTIDO
FUNCIÓN
DE COMPUTO
CONTROL LÓGICO
PROGRAMABLE
1 2 3
4 5 6
7 8 9
10 11 12

128#
Símbolos de instrumentos
LOCALIZACIÓN
PP En línea de proceso
LO En campo, local
PNB En tablero principal de control
BPNB Parte posterior del tablero
PNBL En tablero de control local
SUMINISTROS
SA Suministro de aire
SE Suministro eléctrico
SG Suministro de gas
SH Suministro hidráulico
SN Suministro de nitrógeno
SS Suministro de vapor
SW Suministro de agua
LI
2702
SA

129#
Bloques de funciones de instrumentos

130#
Simbología de líneas en los diagramas
(1) SUMINISTRO A PROCESO *
O CONEXIÓN A PROCESO
(2) SEÑAL NO DEFINIDA
(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 DE
DATOS O DE SOFTWARE)
(10) LINEA MECÁNICA
(11) SEÑAL NEUMÁTICA BINARIA
(12) SEÑAL BINARIA ELÉCTRICA
SÍMBOLOS BINARIOS OPCIONALES

132#
Acción del actuador a falla de energía
ABRE A FALLA CIERRA A FALLA
CIERRA A FALLA
A VÍA A-C
ABRE A FALLA
VÍAS A-C Y D-B
SE BLOQUEA A FALLA
(LA POSICIÓN NO CAMBIA)
POSICIÓN INDETERMINADA
A FALLA

133#
Ejemplos de
simbología de
elementos
primarios de
flujo

134#
Ejemplos de
relevadores
de cómputo

137#
Diagramas de lazo y el índice de instrumentos
Aunque los DTI’s son muy importantes, no contienen toda
la información necesaria. Los documentos básicos que
complementan la información del DTI son:
- Diagramas funcionales de instrumentación o diagramas
de lazo.
- Indice de instrumentos.

138#
Diagrama funcional de instrumentación o de
lazo
Es un diagrama que muestra todos los dispositivos en un
lazo específico utilizando la simbología que identifica las
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 funcional
de instrumentación es el documento más importante para
un instrumentista.
Siempre que se requiera la localización de fallas, el
diagrama funcional de instrumentación es un documento
muy valioso, ya que contiene suficiente información para
combrobar o verificar averías en ese lazo, ya que no sólo
contiene el diagrama de cableado, sino que muestra todos
los dispositivos conectados a ese lazo.

139#
• Usos
– Diseño
– Construcción
– Puesta en marcha
– Operación
– Mantenimiento
– Modificaciones
• Tipos
– Neumático
– Electrónico
– Despelgados compartidos
Diagrama funcional de instrumentación o de
lazo

140#
Ejemplos de diagramas funcionales de
instrumentación
FIC
301
J100
J110
A8
A9
51
XJA
11
12
13
1
2
3
+
-
FE
301
FT
301
A8
A9
UJA
14
15
6
7
+
-
FV
301
FY
301
O S
AS 20 PSIG
CTB 1
CTB 2
Cable
50-1-1
Cable
50-1-2
Cable-3B
PR-14
PR-15
PR-1
PR-2
Shield Bend
Back & Tape
Shield Bend
Back & Tape
JB
30
JB
40
Área de proceso en campo Área de cableado Gabinete Consola
Cable -
4A
Setpoint

141#
Indice de instrumentos
El índice de Instrumentos es una lista alfanumérica de
todos los instrumentos que se muestran en el DTI,
proporcionando los datos para la instalación, la puesta en
marcha, el mantenimiento y las modificaciones.
Los datos incluidos en el índice de instrumentos varía y
depende 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 de
instrumentos es una herramienta muy útil para proyectos
futuros si es actualizada.

142#
Indice de instrumentos típico

143#
Indice de instrumentos típico
Tag # Desc. DTI # Ultima
Calib.
Calib.
por
Fecha Cal.
esperada
Rango
de Calib.
Peligros
LI-50 VS. 50 H2s 103 Aug 01 AWS Aug 02 0-75
“H2O
H2S
LAL-50 VS. 50 H2S – Alarma
en nivel bajo
103 Aug 01 AWS Aug 02 10”H2O H2S
LSLL-
50
VS. 50 H2S – Switch
en 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 de
destilación
205 Nov 02 BJP Feb 03 0-164
“H2O
N2 Blanket
LIC-201 VS. 201 – Columna de
destilación
205 Nov 02 BJP Feb 03 0-100%

144
Standards
Certification
Publishing
MEDICIMEDICIÓÓN DE TEMPERATURAN DE TEMPERATURA
16, 17 y 18 de mayo del 2007

145#
El Lazo de control
ELEMENTO
FINAL DE
CONTROL
PROCESO
ELEMENTO
PRIMARIO
DE MEDICION
CONVERTIDOR O
TRANSDUCTOR
TRANSMISOR
PERTURBACIONES
PUNTO DE AJUSTE
VARIABLE
CONTROLADA
VARIABLE
MANIPULADA
CONTROLADOR
m(t)
c(t)
d(t)
e(t)=R(t)-c(t)
R(t)

146#
Elemento primario de medición
El elemento primario de medición, detector o sensor es un
instrumento, que puede formar parte de un lazo de control,
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 elemento
primario de medición que mide la variable controlada c(t), a
la que se llamará más adelante como variable de proceso
PV, y la transforma a un tipo diferente de energía.

147#
Elemento primario de medición
Las señales eléctricas estándar manejadas son: 4-20
mA.C.D., 0-5 V.C.D. y 0-10 V.C.D. Así por ejemplo, si se
desea medir una temperatura de 0-700oC, la señal de 4
mA. corresponderá a 0oC. 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 se
aplique a cualquier variable de proceso (temperatura,
flujo, nivel, presión, peso, densidad, conductividad, etc.).
En algunos casos, el elemento primario de medición y el
transmisor vienen en un solo instrumento, como es el
caso de los transmisores de presión.

148#
El Controlador
Su función es fijar la variable controlada c(t) en un valor
deseado R(t), conocido como punto de ajuste o “set
point”, mediante la manipulación de su salida o variable
manipulada m(t) a través de un actuador que interactúa
directamente en el proceso. Este controlador en su
entrada y salida maneja también señales eléctricas
estándar e incluyen internamente el comparador o
generador de la señal de error.

149#
El Elemento Final de Control
Convierte la señal estándar recibida por el controlador en
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 un
elemento final de control. Por ejemplo, si el elemento final
utilizado es una válvula de control, se requiere un
transductor que convierta la señal eléctrica de 4-20
mA.C.D. en una señal de aire con una presión de 3-15
PSIG (lb/pulg2).

150#
Medición de temperatura
" La Temperatura es una manifestación del promedio de
energía cinética, ondulatoria y de traslación de las
moléculas de una sustancia".
Las unidades de temperatura son establecidas en cinco
escalas 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

151#
Escalas de temperatura
Escala Cero
Absoluto
Fusión del
Hielo
Evaporación
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

152#
Escalas de Temperatura: Más comunes
• Fahrenheit
– El agua se congela a 32°F, y hierve a 212°F
– A nivel del mar
• 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)

153#
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
– K=°C + 273.15
– Las unidades grados tienen el mismo tamaño que la escala en
Celsius
– 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

154#
Uso de la medición de temperatura
La detección, medición y control de temperatura en procesos
industriales es deseada en los siguientes casos:
-En operaciones que involucran transferencia
de calor, como los intercambiadores de calor,
hornos, rehervidores, evaporadores o
calderas.
- Control de reacciones químicas sensibles a
la temperatura.
- Operación de equipos, como torres de
destilación, tanques de almacenamiento,
torres de enfriamiento, mezcladores,
cristalizadores, etc.

155#
Uso de la medición de temperatura
- Monitoreo del funcionamiento de equipo rotatorio, para
prevenir calentamiento, como turbinas, compresores,
bombas y motores en general.
- Control de temperatura de productos y límites de planta.

156#
Medición inferencial de temperatura
Los instrumentos de temperatura utilizan diversos fenómenos
que son influidos por la temperatura:
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 de
resistencia RTD, termistores);
c) Generación de una f.e.m. creada en la unión de dos
metales distintos (termopares);
d) Intensidad de la radiación total emitida por el cuerpo
(pirómetros de radiación);
e) Otros fenómenos utilizados en laboratorio (velocidad del
sonido en un gas, frecuencia de resonancia de un cristal,
etc.)

157#
Termómetros
TERMÓMETROS
DE VIDRIO BIMÉTALICOS
CLÍNICOS INDUSTRIALES

158#
Termómetros de vidrio
El termómetro de líquido encerrado son los más familiares y
constan de un depósito de vidrio que contiene, por ejemplo,
mercurio y que al calentarse se expande y aumenta su volumen
en el tubo capilar.
Su bulbo, relativamente grande en la parte más baja del
termómetro, contiene la mayor cantidad del líquido, el cual se
expande cuando se calienta y sube por el tubo capilar en el
cual 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 de
congelación de -38.78°F (-37.8°C) y por arriba de su punto de
ebullición a 357 oC, con la ventaja de ser portátil.

159#
Termómetros de vidrio
Mercurio...........................................................-35 hasta +280 ºC
Mercurio (tubo capilar lleno de gas).................-35 hasta+450 ºC
Pentano...........................................................-200 hasta +20 ºC
Alcohol............................................................-110 hasta +50ºC
Tolueno.......................................................... -70 hasta +100ºC
El alcohol tiene un coeficiente de expansión más alto que el del
mercurio pero esta limitado a mediciones de baja temperatura,
hasta -110 oC, debido a que tiende a hervir a temperaturas
altas, su punto de ebullición es a 78 oC.

160#
Termómetro bimetálico
Los termómetros bimetálicos se basan en el coeficiente de
dilatación de dos metales diferentes, tales como latón, monel o
acero y una aleación de ferroníquel o Invar laminados
conjuntamente. La diferencia en la relación de coeficiente de
expansión de cada metal provoca que el elemento bimetálico se doble.
Las láminas bimetálicas van unidas y pueden ser rectas o
curvas, formando espirales o hélices.

161#
Fixed End
Free End Attached
to Pointer Shaft
Rotating Shaft
Bulb
5 6
7
8
9
10
4
3
2
1
0
Bulbo
Extremo fijo
Extremo libre
conectado al
eje del indicador
Eje giratorio
FREE END
FIXED END
HIGH
EXPANSION
COEFFICIENT
LOW
EXPANSION
COEFFICIENT
FREE END
FIXED END
EXTREMO LIBRE
EXTREMO FIJO
EXTREMO FIJO
EXTREMO LIBRE
ALTO
COEFICIENTE
DE EXPANSIÓN
BAJO
COEFICIENTE
DE EXPANSIÓN
Cuando se unen los dos metales y enredados en espiral, la expansión
provoca que el lado libre rote. Este es un instrumento relativamente
barato, pero es inexacto y lento en relación a su respuesta.

162#
Este instrumento contiene pocas partes móviles, sólo la aguja
indicadora sujeta al extremo libre de la espiral o de la hélice y el
propio elemento bimetálico. El eje y el elemento están sostenidos con
cojinetes y el conjunto está construido con precisión para evitar
rozamientos. La precisión del instrumento es de 1% y su campo de
medida (rango) es de –200 a +500 ºC.
Este instrumento es el indicador local de temperatura mas
comúnmente utilizado.

163#
Sistemas Termales
Este es uno de los métodos más antiguos utilizados para
indicación local, registro y control y actualmente su uso se limita
a transmisores, sobretodo en lazos neumáticos. Básicamente
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 lectura
para que cuando la temperatura del bulbo cambia, el gas o el
líquido en el bulbo se expanden y la espiral tiende a
desenrollarse moviendo,
- Un dispositivo indicador actuado por presión para efectuar la
indicación de temperatura.

164#
Mecanismo del sistema termal
bulbo
capilar
Dispositivo
indicador

165#
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.
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; y
Total por medio de otro capilar paralelo que este sometido
a los mismos efectos y los contrarresta, sobretodo cuando
la extensión del capilar es considerable

166#
Compensación del sistema

167#
Clasificación del sistema termal
De acuerdo a la Asociación de Fabricantes de Aparatos
Eléctricos (SAMA) existen cuatro grupos de acuerdo al
fluido de llenado y al rango:
- 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.

168#
Comparación de los
sistemas termales
NO USO EN
CONTROL
PARA CONTROL-270 A 160TOTAL
GASIIIB
NO USO EN
CONTROL
SIN COMPLINEAL-270 A 160TOTAL
GASIIIA
MANEJO DE
HG
150 %-40 A 640TOTAL
MERCURIOVA
MANEJO DE
HG
-40 A 640EN CAJA
MERCURIOVB
NO LINEAL
NO LINEAL
NO LINEAL
LINEAL
EXCEPTO A
BAJA T
LINEAL
EXCEPTO A
BAJA T
LINEALIDAD DE
LA ESCALA
NINGUNO
NECESARIO
COMPENSAR
NECESARIO
COMPENSARLO
DEBE SER
COMPENSADO
EFECTO DE LA
COLUMNA
HIDROSTATICA
NO
150%
150%
150%
CAPACIDAD
DE
SOBRERANG
O
NO COMP. POR
T AMB.
NO COMP. POR
T AMB.
CAPILARES
GRANDES
CAPILARES
GRANDES
COSTO MENOR
VENTAJAS
4 A 5 s
4 A 5 s
4 A 5 s
6 A 7 s
6 A 7 s
6 A 7 s
VELOCIDAD
RESPUESTA SIN
TERMOPOZO
NO
EN CAJA
EN CAJA
EN CAJA
TOTAL
NO
COMPEN
SADO
COMPEN
SACION
0 A 185
0 A 350
0 A 350
-90 A 370
-90 A 370
-90 A 370
TEMPERA
TURA
oC
NO TIENE
SOBRECARGA
VAPORIIC
VAPORIIB
VAPORIIA
DIFICIL EN T
AMBIENTE
LIQUIDO1B
ESCALA
LINEAL
CAPILAR
CORTO,
LIQUIDO1A
LIMITACIONESFLUIDO DE
LLENADO
CLASIFIC
ACION
SAMA
Características

169#
Características de los sistemas termales
Voluminoso, tiempo de respuesta lento, capilar sensible (requiere
protección)
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 la
mayoría 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 necesita
alimentación de energía para su
funcionamiento
No adecuados para temperaturas arriba de 750 oCCosto inicial relativamente bajo
Requiere señal de transmisión, si esta localizado a mas de 50 m del
sistema
Principio de operación simple
El costo de reemplazo es mas alto que en la mayoría de los sistemas
eléctricos
Construcción robusta
LIMITACIONESVENTAJAS

170#
El termopar es uno de los métodos más simples para medir
temperatura. En 1821 Seebeck señaló que si se unían dos metales
distintos por sus extremos y si se someten a temperaturas diferentes,
entre las uniones aparecen fuerzas electromotrices generadas que
están en función de la diferencia de temperaturas en la unión y del tipo
de 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, cada
uno hecho de un metal homogéneo diferente o aleación. Los alambres
son unidos en un extremo para formar una junta de medición. Esta
junta de medición es expuesta al medio a ser medido. El otro extremo
de los alambres van usualmente a un instrumento de medición, donde
forman una junta de referencia. Cuando las dos juntas están a
diferentes temperaturas, se producirá una f.e.m. (fuerza electromotriz).
Termopar

171#
Termopar
Metal A (+)
Metal B (-)Zona de
Temperatura T1
Zona de
Temperatura T2
T1 ≠T2
FEM = E
Junta de
medición
(junta
caliente)
Junta de
referencia
(junta fría)

172#
La fem en la junta caliente es manifestación del Efecto
Perlier, este efecto involucra la liberación o absorción de
calor en la unión cuando fluye corriente a través de el y de la
dirección del flujo depende si el efecto es de calentamiento o
enfriamiento.
En el efecto Thompson se desarrolla una segunda fem,
debido al gradiente de temperatura de un conductor sencillo
y homogéneo.
Efectos en el termopar

173#
1. En un circuito formado por un solo metal, la FEM
generada es cero, cualquiera que sean las temperaturas.
2. Si se interrumpe un circuito termoeléctrico en una de sus
uniones intercalándose un nuevo metal, la FEM generada
por el circuito no cambia a condición de que los extremos
del nuevo metal sean mantenidos a la misma temperatura
que había en el punto de interrupción y de que la
temperatura 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 las
temperaturas sean diferentes en la unión caliente con
respecto de la unión fría.
Leyes de la Termoelectricidad

174#
Compensación por junta fría
Junta de medición y de referencia (industrial)
Junta de medición y de referencia (laboratorio)
JUNTA DE
MEDICIÓN
T1
T2 JUNTA DE REFERENCIA
AL INSTRUMENTO
DE MEDICIÓNBAÑO DE
HIELO
ALAMBRES
DE COBRE
ALAMBRE DE HIERRO
ALAMBRE DE CONSTANTANO
JUNTA DE
MEDICIÓN
INSTRUMENTOT1 TERMOPAR
+
-
JUNTA DE
REFERENCIA
Para prevenir errores por
efectos de la junta fría, se
efectúa una compensación,
por medio de un baño de
hielo o por medio de circuitos
compensadores que
suministran una fem
constante.

175#
Oxidante o reductora
Oxidante
Oxidante
Oxidante
Reductora, no corrosivos
Oxidante
Oxidante
Inerte, ligeramente
oxidante
Atmosfera recomendada
-190 a 400
-18 a 1760
-18 a 1700
-190 a 1370
-195 a 760
-195 a 900
1650 a 2315
0 a 1860
Rango °C
Buena
Buena
Buena
El mas lineal
Buena, lineal de 150 a
450
Buena
Buena
Buena debajo de 500
Linealidad
Temperatura limitada
Cobre (+)
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 economico
Acero (+)
Constantano (-)
J
Alta resolucion mV/oC
Cromo (+)
Constantano (-)
E
Alto costo
W5Re Tungsteno 5% Rhenium (+)
W26Re Tungsteno 26% Rhenium
C
Alto costo
Platino 30%, Rodio (+)
Platino 6%, Rodio (-)
B
CaracterísticasMaterialesTipo de
Termopar
Materiales de construcción

176#
Materiales de construcción
Tipos de termopares
Relación de temperatura vs F.E.M. del termopar
TEMPERATURA
F.E.M.MILIVOLTS
2 4 6 8 10 12 14 16 18
70
60
50
40
30
20
10
0
E
J
K
R
S
BT
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

177#
Formas de conexión de termopares
Medición diferencial de temperatura con dos termopares
+
-
+
-
-
+
TERMOPARES
CONEXIONES
CAJA DE
CONEXIÓNES
CABLES DE
EXTENSIÓN
INSTRUMENTO
CABLES
DE COBRE
T1
T2
T = T1-T2
Termopares en paralelo
+
-
+
-
TERMOPARES
CONEXIONES CAJA DE
CONEXIÓNES
CABLES DE
EXTENSIÓN
INSTRUMENTO
T1
T2
T = (T1+T2)/2
+
-

178#
Formas de conexión de termopares
Conexiones correcta del termopar
+
-
+
-
HIERRO
CONSTANTANO
JUNTA DE
REFERENCIA
T3
CABLES DE EXTENSIÓN
INSTRUMENTO
T1
BLOQUE DE
CONEXIONES
T2
HIERRO
CONSTANTANO
Conexiones incorrecta del termopar
+
-
+
-
HIERRO
CONSTANTANO
JUNTA DE
REFERENCIA
T3
CABLES DE EXTENSIÓN
INSTRUMENTO
T1
BLOQUE DE
CONEXIONES
T2
HIERRO
CONSTANTANO

179#
Cables de extensión de termopares
Los cables de extensión deben ser específicos para el tipo
de termopar utilizado, aunque para una transmisión a gran
distancia puede utilizarse cobre, cuidando la temperatura y
composición homogénea del conductor.

180#
Aspectos a cuidar en los termopares
1. Puntos de fusión.
2. Reacciones en varias atmósferas.
3. Salida termoeléctrica combinada.
4. Conductancia eléctrica.
5. Estabilidad.
6. Repetibilidad.
7. Costo.
8. Facilidad de manejo y fabricación.

181#
Ventajas y desventajas en los
termopares
Ventajas:
Determinación de la temperatura se realiza prácticamente
en un punto
La capacidad calorífica de un termopar puede ser muy
pequeña, con lo que la respuesta a las variaciones de
temperatura sería muy rápida.
La salida del sensor es una señal eléctrica producida por el
mismo termopar y por tanto no es necesario alimentarlo
con ninguna corriente exterior
Desventajas:
Es necesario mantener la unión de referencia a una
temperatura constante y conocida pues la incertidumbre
en la temperatura de referencia produce una del mismo
orden en la medida.

182#
Características de los termopares
En sistemas de control digital requieren tarjetas especiales de
entrada
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 su
indicación
Largas distancias de transmisión son posibles
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

183#
Termopozo
El termopozo se utiliza como elemento de protección del
termopar y generalmente viene asociado con este.

187#
Rangos de P y T de termopozos
80 200 400 600 800 1000
TEMPERATURA, o
F
PRESIÓN,PSI 5000
4000
3000
2000
1000
0
NIQUEL
HIERRO FUNDIDO
MONEL
ALUMINIO
COBRE
BRONCE
ACERO DE BAJO CARBON
ACERO INOXIDABLE
TIPOS 304, 316

188#
Tipos de termopares con su termopozo
Tipo I
Cabeza, conector tubular
y tubo protector cerámico
Tipo H
Cabeza, conector doble rosca
y tubo protector cerámico
Tipo G
Cabeza, nipple, tuerca unión
nipple y termopozo bridado
Tipo F
Cabeza, nipple, tuerca unión
nipple y termopozo roscado
Tipo E
Cabeza, nipple de extensión
y termopozo bridado
Tipo D
Cabeza, nipple de extensión
y termopozo roscado
Tipo C
Cabeza y tubo protector
con brida de montaje
Tipo B
con buje de montaje
Tipo A
Un diseño para cada aplicación
ESPECIFICAR:
- Calibración
- Materiales
- Dimensiones
- Otros accesorios

189#
Instalación del termopozo
(A) NORMAL
(B) ANGLED
(C) IN ELBOW
(A) NORMAL
(B) ANGULADO
(C) EN CODO

190#
El RTD o bulbo de resistencia es un medidor de la
variación de la resistencia en función de la variación de la
temperatura y solo se debe disponer de un alambre
bobinado de metal puro, que permita tener una
resistencia alta. La ecuación que lo rige, de acuerdo a
Siemens 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, a
es el coeficiente de temperatura del material y b, c son
coeficientes calculados.
Detectores de Temperatura tipo resistencia
(RTD)
Rt = R0 (1 + aT + bT2 + cT3)

191#
El elemento consiste en un arrollamiento de hilo muy fino del
conductor adecuado, bobinado entre capas de material
aislante y protegido con un revestimiento de vidrio o cerámica.
El material que forma el conductor, se caracteriza por el
"coeficiente de temperatura de resistencia" este se expresa en
un cambio de resistencia en ohmios del conductor por grado
de temperatura a una temperatura específica. Para casi todos
los materiales, el coeficiente de temperatura es positivo, pero
para otros muchos el coeficiente es esencialmente constante
en grandes posiciones de su rango útil.
(RTD)

192#
• Alto coeficiente de temperatura de la resistencia, ya que
de este modo el instrumento de medida será muy sensible.
• Alta resistividad, ya que cuanto mayor sea la resistencia a
una temperatura dada, mayor será la variación por grado;
mayor sensibilidad.
• Relación lineal resistencia-temperatura.
• Rigidez y ductilidad, lo que permite realizar los procesos
de fabricación de estirado y arrollamiento del conductor en
las bobinas de la sonda a fin de obtener tamaños
pequeños (rapidez de respuesta).
Características de los materiales que forman
el conductor de la resistencia

193#
El metal que presenta una relación resistencia-temperatura
altamente estable es el Platino. Otros metales utilizados es el
níquel (poco lineal), tungsteno (temperaturas mayores a
100oC) y cobre (bajo rango).
(RTD)
RTD
Platino Níquel Tugsteno

194#
Curvas de respuesta de RTD

195#
Es el material más adecuado por su precisión y estabilidad,
con el inconveniente de su costo. En general el RTD de Pt
utilizada en la industria tiene una resistencia de 100 ohms a 0
ºC, y por esta razón, y por las ventajosas propiedades físicas
del Pt fue elegido este termómetro como patrón para la
determinación de temperaturas entre los puntos fijos desde el
punto 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 y
cambios de temperatura de 0,001 ºC pueden medirse
fácilmente.
RTD de Platino

196#
Los arrollamientos están protegidos contra desperfectos por
tubos de metal y dispuestos de manera que permiten rápido
intercambio de calor en el arrollamiento y el el tubo. El RTD de
platino opera en un rango de -200 oC a 600 oC.
RTD de Platino

197#
Es un alambre fino embobinado en un núcleo de mica,
vidrio u otro material, protegido por una cubierta, relleno
de óxido de magnesio o óxido de aluminio
Construcción del RTD de platino

198#
Mas barato que el Pt y posee una resistencia más elevada con
una mayor variación por grado, el interés de este material lo
presenta su sensitividad, aunque no es lineal, ya que en el
intervalo de temperatura de 0 a 100 ºC, la resistencia de Níquel
aumenta en un 62% mientras que el Pt solo aumenta en un
38%.
Sin embargo los problemas relativos a su oxidación u otro tipo
de deterioro químico, limitan su utilización e incluso ponen
en peligro la reproducibilidad de sus medidas.
Otro problema añadido es la variación que experimenta su
coeficiente de resistencia según los lotes fabricados.
RTD de Niquel

199#
Los termómetros de resistencia de níquel se usan mucho. Su
intervalo de valor de Ro es de 10 a 10000 ohms.
RTD de Niquel

200#
El cobre tiene una variación de resistencia uniforme en el
rango de temperatura cercano a la ambiente; es estable y
barato, pero tiene el inconveniente de su baja resistividad, ya
que hace que las variaciones relativas de resistencia sean
menores que las de cualquier otro metal. Por otra parte sus
características químicas lo hacen no útil por encima de los 180
ºC.
RTD de Cobre

202#
RTD’s
0,01
0,50
0,10
25,100, 130
100
10
Alto
Medio
Bajo
-200 a 950
-150 a 300
-200 a 120
Platino
Níquel
Cobre
Precisión
ºC
Resistencia de
Sonda a 0ºC,
ohmios
Costo
relativo
Intervalo útil
de temperatura
en ºC
Metal

203#
La medición de resistencia en el RTD se realiza con un
Puente de Wheatstone:
Nos permite determinar el valor de RX
desconocida, conocidas R1, R2 y RC
Cuando el miliamperímetro indica 0 mA. se
dice que el puente está equilibrado.
La condición de equilibrio es:
C
X
R
R
R
R
=
1
2
Puente de Wheatstone para medición

204#
Puente de Wheatstone para medición
Para compensar las longitudes
muy grandes.

205#
Calibración del RTD
Courtesy of Rosemount, Inc.
SUMINISTRO
DE ENERGIA
DMM
DMM
+
+
-
-
READOUT RESISTOR
(ALTERNATE READOUT)
TRANSMITTER
CAJA DE DECADAS
RESISTORES
TRANSMISOR
LECTURA DE
RESISTENCIA
(ALTERNATIVA DE LECTURA)

206#
Características de RTD’s
De vida corta si son sometidos a vibraciones y excesos
mecánicos
Sensores de tamaño pequeño están disponibles
En sistemas de control digital requieren tarjetas especiales de
entrada
No requieren compensación
La resistencia de los contactos puede alterar la mediciónRespuesta rápida
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

207#
Termistor
Son resistores variables con la temperatura, que están basados en
semiconductores. La principal característica de este tipo de
resistencias es que tienen una sensibilidad del orden de diez veces
mayor que las metálicas y aumenta la resistencia al disminuir la
temperatura.
Los termistores son semiconductores electrónicos con un coeficiente
de temperatura de resistencia negativo de valor elevado, con
variaciones rápidas y extremadamente grandes para cambios
relativamente pequeños en la temperatura.
Su fundamento esta en la dependencia de la resistencia de los
semiconductores con la temperatura, debida a la variación con esta
del numero de portadores reduciéndose la resistencia, y de ahí que
presenten coeficiente de temperatura negativo y varia con la
presencia de impurezas.

208#
Termistor
Existe un límite impuesto por la temperatura de fusión, por lo que se
debe evitar el autocalentamiento.
En cuanto a la estabilidad del termistor con el tiempo y el medio, esta
se logra sometiéndolos a un envejecimiento artificial. La segunda se
consigue recubriendo el termistor con vidrio si el medio donde va a
trabajar le afecta. La intercambiabilidad es otro parámetro a
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 medida
de temperatura. Dada su alta resistividad, pueden tener masa muy
pequeña, lo que les confiere una velocidad de respuesta rápida y
permite emplear hilos largos para su conexión, aunque éstos vayan a
estar sometidos a cambios de temperatura, porque ellos tienen mayor
resistencia y coeficiente de temperatura. El costo es muy bajo.

209#
Ecuación del termistor
R0.- resistencia a la temperatura de referencia T0, en ohms.
Rt.- resistencia a la temperatura medida T, en ohms.
Ɵ.- Constante por fabricante
( ) ( )[ ]0/1/1
0
TT
t RR
−
=
θ

210#
Construcción del termistor
Los termistores están encapsulados y se fabrican con óxidos de
níquel, manganeso, hierro, cobalto, cobre, magnesio, titanio y otros
metales.

211#
Medición con el termistor
La medición se realiza con microamperímetro y con
Puente de Wheatstone:
mA
Termistor
Miliamperímetro
Fuente de
Alimentación
Con Miliamperímetro Con Galvanómetro
Fuente de
Alimentación
G
Galvanómetro
con cero
central
Termistor

212#
Ventajas del termistor
No disponible para rangos ampliosSu estabilidad aumenta con el envejecimiento (el 90% se
da en la primera semana)
Valores altos de resistencia requieren líneas de potencia
blindadas, filtros o voltajes de corriente directa
EL efecto de los cables y de la temperatura ambiente en
el medidor se elimina con valores de resistencia altos
Bajo costo
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 configuraciones
disponibles
Comportamiento no linealAlta sensitividad

213#
Pirómetro
Un pirómetro en un instrumento utilizado para medir, por medios
eléctricos, 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 de
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.

214#
Pirómetro de radiación
Este instrumento no necesita estar en contacto intimo con el objeto
caliente, se basa en la ley de Stephan Boltzmann de energía radiante, la
cual establece que la superficie de un cuerpo es proporcional a la cuarta
potencia de su temperatura absoluta:
W=KT4
W = Energía emitida por un cuerpo
T= Temperatura absoluta (°K)
K= Constante de Stephan Boltzmann = 4.92x10 Kcal/m2
Los pirómetros de radiación para uso industrial, fueron introducidos hacia
1902 y desde entonces se han construido de diversas formas, existiendo
dos tipos: espejo concavo y lente .

215#
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 produce
aberración cromática, en tanto que la lente puede dar una imagen neta
para una sola longitud de onda.
2) las lentes de vidrio o de sílice vítrea absorben completamente una
parte considerable de la radiación de largas longitudes de onda. La
radiación reflejada por el espejo difiere poco en longitud de onda media
de la que en él incide.

216#
Pirómetro de radiación tipo espejo
El instrumento suele ser de "foco fijo" o ajustable en el foco, y el
elemento sensible puede ser un simple termopar o una pila
termoeléctrica. La fuerza electromotriz se mide con un milivoltímetro o
con un potenciómetro.

217#
Pirómetro de radiación tipo lente
Este pirómetro está formado por una lente de pyrex, sílice o fluoruro de
calcio que concentra la radiación del objeto caliente en una pila
termoeléctrica formada por varios RTD´s de Pt - Pt Rd de pequeñas
dimensiones y montados en serie. La radiación está enfocada
incidiendo directamente en las uniones caliente de los termopares. La
f.e.m. que proporciona la pila termoeléctrica depende de la diferencia
de temperaturas entre la unión caliente (radiación procedente del objeto
enfocado) y la unión frío. Esta última coincide con la de la caja del
pirómetro, es decir, con la temperatura ambiente. La compensación de
este se lleva a cabo mediante una resistencia de níquel conectada en
paralelo con los bornes de conexión del pirómetro.
La compensación descrita se utiliza para temperaturas ambientales
máximas de 120 °C. A mayores temperaturas se emplean dispositivos
de refrigeración por aire o por agua que disminuyen la temperatura de
la caja en unos 10 a 40 °C por debajo de la temperatura ambiente.

218#

219#
En la medida de bajas temperaturas la compensación se efectúa
utilizando además una resistencia termostática adicional que mantiene
constante la temperatura de la caja en unos 50 °C, valor que es un
poco más alto que la temperatura ambiente que pueda encontrarse y lo
suficientemente bajo como para reducir apreciablemente la diferencia
de temperatura útil. El pirómetro puede apuntar al objeto bien
directamente, bien a través de un tubo de mira abierto (se impide la
llegada de radiación de otras fuentes extrañas) o cerrado (medida de
temperatura en baños de sales para tratamientos térmicos, hornos)
Los tubos pueden ser metálicos o cerámicos. Los primeros son de
acero inoxidable o aleaciones metálicas resistentes al calor y a la
corrosión y se emplean temperaturas que no superan generalmente los
1100 °C.
Permiten una respuesta más rápida a los cambios de temperatura que
los tubos cerámicos. Los tubos cerámicos se utilizan hasta 1650 °C.

220#
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 pares
termoeléctricos formados por metales comunes.
•donde las condiciones mecánicas, tales como vibraciones o choques
acorten la vida de un par termoeléctrico caliente.
Y, cuando se requiere gran velocidad de respuesta a los cambios de
temperatura.

221#
Pirómetro óptico
Se basan en la ley de distribución de la radiación térmica de λWien:
m λ= A / T, donde A = 0.2897 si m viene en cm.
La longitud de onda λ correspondiente al máximo de potencia
irradiada en forma de radiaciones comprendidas en un intervalo
infinitamente pequeño de longitudes de onda es inversamente
proporcional a la temperatura del cuerpo negro.
En la medición de temperaturas con estos pirómetros se utiliza una
característica de la radiación térmica: el brillo. El brillo de la radiación
en una banda muy estrecha de longitudes de onda emitidas por una
fuente, cuya temperatura ha de medirse, es confrontado visualmente
con el brillo, en la misma banda, de una fuente calibrada.
Cuando la energía radiante es luminosa, como sucede con las flamas
y los metales fundidos se utiliza un pirómetro óptico, cuyo principio se
basa en la variación de la resistencia de una fotocelda al variar la
intensidad de la luz a la que esta expuesta.

222#
Estructura de un pirómetro óptico
El pirómetro óptico empleado en la determinación de altas
temperaturas tales como las temperaturas de fusión del platino, del
molibdeno o del tungsteno, es del tipo de filamento.

223#
Problemas comunes en la medición de
temperatura
• Localización del elemento
• Velocidad del fluido
• Deterioro del material
• Elemento cubierto o termopozo
• Conexiones del cable
• Falla del elemento
• ¿Otros?

224#
Criterios de selección de medidores de
temperatura
Las prioridades de selección son:
• Rango
• Exactitud
• Estabilidad
•Instalación
•Costo

225#
Rango de medidores de temperatura
-250 -200 -100 0 100 200 500 1000 2000
RANGO DE APLICACIÓN EN oC
Vapor
Gas
Mercurio
Termopares
Tipo I
Tipo J
Tipo K
Tipo R y S
RTD´s
Niquel
Platino
Termistores

226#
Características de los medidores de
temperatura
BuenaExcelenteBuenaExcelenteEstabilidad
BuenaExcelenteBuenaMalaRepetibilidad
BuenaInherenteNo necesarioOpcionalElemento secundario
sensor/transmisorsensor/transmisorNo requeridaAl transmisorSuministro de energía
Lineal, excepto clase II
4-7 s, sin termopozo
Variable
±0.5% a ±2% escala
total
500
-180
SISTEMA TERMAL
No lineal
Depende del calibre e
instalación
10-50 mV/oC
±0.25% a ±2%
2500
-250
TERMOPARES
Lineal, excepto con
níquel
Aprox. 6 s
De 0.0004 a 0.0007 Ω/
ΩoC
0.05 oC
1000
-250
BULBOS DE
RESISTENCIA
3-6 sTiempo de respuesta
Lineal en rangos
cortos
Salida
Aprox 5%/oCSensitividad
0.05 oCExactitud
450Rango máximo oC
recomendable
-100Rango mínimo oC
recomendable
TERMISTORESCARACTERÍSTICA

227
Standards
Certification
Publishing
MEDICIMEDICIÓÓN DE PRESIN DE PRESIÓÓNN
16, 17 y 18 de mayo del 2007

228#
La presión es la variable más comúnmente medida, junto con
la temperatura, en plantas de proceso y esto es debido a . a
que puede reflejar la fuerza motriz para la reacción o
transferencia de fase de gases; la fuerza motriz para el
transporte de gases o líquidos; la cantidad másica de un gas
en un volumen determinado; etc.
El control de la presión en los procesos industriales da
condiciones de operación seguras. Las presiones excesivas no
solo pueden provocar la destrucción del equipo, sino también
provoca la destrucción del equipo adyacente y pone al
personal en situaciones peligrosas, particularmente cuando
están implícitas, fluidos inflamables o corrosivos.
Elementos primarios de medición de
Presión

229#
Elementos primarios de medición de Presión
La presión puede definirse como una fuerza por unidad de área o
superficie, en donde para la mayoría de los casos se mide directamente
por su equilibrio directamente con otra fuerza, conocida que puede ser la
de una columna líquida, un resorte, un émbolo cargado con un peso o un
diafragma cargado con un resorte o cualquier otro elemento que puede
sufrir una deformación cualitativa cuando se le aplica la presión.

230#
Sistemas de unidades - Instrumentación
U.S METRICO SI
PRESIÓN
psi
Pulgadas de agua
Pulgadas de mercurio
Kg/cm2
mm de agua
mm de mercurio
bar
Pascal
(KPa)

231#
Elementos primarios de medición de Presión
La unidad internacional de presión es el Pascal (Pa), el cual
caracteriza una presión uniforme que actúa sobre un área de
un metro cuadrado y crea sobre esta área una fuerza
perpendicular de 1 Newton
1 Pa = 1 Newton/m2
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

232#
Tipos de Presiones
Presión absoluta: Presión que se mide a partir de la presión
cero de un vacío absoluto.
Presión atmosférica: Presión que ejerce la atmósfera que
rodea la tierra (barométrica) sobre todos los objetos que se
hallan en contacto con ella.
Presión relativa (manométrica): Presión mayor a la presión
atmosférica, es la presión medida con referencia a la presión
atmosférica, conocida también como presión relativa o presión
positiva.
Presión diferencial: Es la diferencia entre dos presiones.

233#
Tipos de Presiones
Presión absoluta
Presión manométrica
Presión atmósferica
Presión barométrica
Presión de vacío
0 absoluto = 0 psia
760 mm Hg = 14.7 Psia
0
Vacío: Presión menor a la presión atmosférica, medida por
abajo de la presión atmosférica. Cuando el vacío se mide con
respecto a la presión atmosférica se le conoce como presión
negativa, el vacío también puede medirse con respecto al
"cero absoluto" como una presión absoluta menor a la
presión atmosférica.

234#
Manómetros
Es el nombre genérico de los instrumentos que miden presión.
Generalmente se usa para designar a los instrumentos que
miden presión arriba de la presión atmosférica.
La forma más tradicional de medir presión en forma precisa
utiliza un tubo de vidrio en forma de "U", donde se deposita una
cantidad de líquido de densidad conocida (para presiones altas,
se utiliza habitualmente mercurio para que el tubo tenga
dimensiones razonables; sin embargo, para presiones
pequeñas 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 mediante
una medición de diferencia de altura (es decir, una longitud).

235#
Manómetro de U
El manómetro de "U" conforma
un sistema de medición
absoluto y no depende de
calibración por lo que se
considera un patrón de
medición de presión.
Su desventaja principal es la
longitud de tubos necesarios
para una medición de
presiones altas y no se utiliza
en un sistema de transmisión
remota.

236#
ESCALA LINEAL
GRADUADA
NIVEL DE REFERENCIA CERO
CON IGUAL PRESIÓN
EN CADA TUBO
(A) MANOMETRO CON IGUAL PRESIÓN
EN CADA TUBO
4
3
2
1
0
1
2
3
4
Manómetro de U

237#
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. Este
movimiento se transmite a un mecanismo indicador.
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 con
aleaciones de cobre o aceros aleados.

239#
Manómetros de diafragma
Los diafragmas son láminas elásticas onduladas de forma circular. Por una
cara soportan la presión a medir. La curvatura de la membrana es una
medida de la presión.
Las láminas elásticas tienen una fuerza de retorno relativamente grande
por lo que la influencia de los equipos adicionales es por este motivo
inferior que en los aparatos con tubo de Bourdon. Para la corrosión se
pueden proteger de las substancias corrosivas mediante la cobertura o
anteposición de láminas de plástico.

240#
La diferencia de la indicación al cambiar la temperatura es
considerablemente superior que en los aparatos con tubo Bourdon.
Los manómetros de láminas elásticas se usan para tensiones de medición
de 10 mbar a 25 bar

241#
Tipo diafragma Horizontal Vertical

242#
Medición de diferentes tipos de presión

243#
Ventajas de los manómetros de diafragma
Buena linealidad
De tamaño relativamente pequeño
Costo moderado
Requieren transductores adicionales para salida eléctricaPueden soportar altas presiones
Deben ser protegidos de golpes y vibracionesNumerosos materiales de construcción son
disponibles para la resistencia a la corrosión y
temperatura
Difícil su reparaciónPrincipio de operación simple
No aplicables a altas presionesPueden ser directamente acoplados al proceso

244#
Manómetros tipo Fuelle
Los fuelles son elementos expandibles y contraíbles, que
tienen la forma de un acordeón. Con el fin de tener mayor
duración y mejorar su exactitud, el movimiento del fuelle es
restringido por medio de un resorte calibrado.

245#
BELLOWS
PIVOT
UNDERANGE
PROTECTION
BELLOWS WITH STOPS
OVERRANGE
PROTECTION
PRESSURE
SPRING
BELLOWS
CAN
PRESSURE
BELLOWS IN A CAN
PRESIÓN
FUELLE
PIVOTE
FUELLE
PRESIÓN
RESORTE
PROTECCIÓN DE
SOBRERANGO
PROTECCIÓN DE
SUBRANGO
FUELLES EN UN RECIPIENTE FUELLES CON TOPES
Manómetros tipo Fuelle

246#
Ventajas de los manómetros tipo Fuelle
Difícil calibración, algunas veces solo se logra con la ayuda de
resortes
Algunos metales usados en los fuelles deben ser sometidos a
endurecimiento
Buenos para bajas presiones a moderadas
Generalmente deben ser compensados por cambios en la temperatura
ambiente
Disponibles para medición absoluta y diferencial
Requieren resortes para tener caracterización de exactitudCosto moderado
No aplicables a altas presionesDesarrollan grandes fuerzas

247#
Manómetros con tubo de Bourdon
Para cualquier tipo de carga, la relación entre la carga y la deformación ε es una
constante 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, será
posible obtener una cuantificación reproducible de las cargas (fuerzas) solicitantes.
El manómetro de Bourdon depende, precisamente, de la elasticidad de los
materiales utilizados en su construcción.

248#
Manómetros con tubo de Bourdon
Este manómetro, tal vez el más común en plantas de procesos que
requieran medición de presiones, consiste de un tubo metálico achatado y
curvado en forma de "C", abierto sólo en un extremo.
La presión a medir actúa sobre la cara interior del tubo, con lo que la
sección 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 de
medición de 0,6 bar a 4000 bar, principalmente en las clases 0,6 a 2,5. La
influencia de la modificación de la temperatura sobre la indicación está
determinada fundamentalmente por la evolución de la temperatura del
módulo de elasticidad del tubo de Bourdon. El error causado por la
temperatura, según el material, está entre 0,3% y 0,4%.

250#
Tipo de tubo Bourdon
En Forma de C En Forma helicoidal

251#
SECCIÓN TRANSVERSAL
OVAL
MOVIMIENTO
DEL PLATO
SOPORTE
ESPIRAL
SECTOR
DENTADO
DIAL
PIÑÓN
EXTREMO LIBRE
CERRADO
ESLABÓN
AJUSTABLE
EXTREMO FIJO
ABIERTO
Tipo de tubo Bourdon

252#
Elementos en espiral y helicoidal
OPEN END
MOVABLE TIP
MOVABLE TIP
OPEN ENDEXTREMO ABIERTO
EXTREMO ABIERTO
PUNTA MOVIBLE
PUNTA MOVIBLE

253#
Ventajas del tubo Bourdon
Diseños mejorados para máxima seguridad en altas
presiones
Fácilmente adaptable a transductores para obtener
salida eléctrica
Buena exactitud contra costo, excepto en rangos
bajos
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 hace
sensibles 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

254#
Construcción de manómetros

255#
Construcción de manómetros

256#
Elementos de un Manómetro

257#
Rangos de indicación
• La presión de operación deberá estar ubicada en el tercio central del
rango de indicación del manómetro.
• La carga de presión máxima no debería superar el 75% del valor final
de escala con carga en reposo o el 65% del valor final de escala con
carga dinámica, véase EN 837-2.

258#
Amortiguador de pulsaciones
Si no pueden evitarse las vibraciones en el manómetro mediante la
instalación apropiada, deben utilizarse aparatos con amortiguamiento del
mecanismo indicador o llenado de líquido, ya que si no dañarían los
manómetros, transmisores y otros dispositivos. La presión pulsante podría
gastar rápidamente los movimientos del manómetro mecánico. Esto es
especialmente verdadero cuando se utilizan bombas de desplazamiento
positivo. Las oscilaciones pueden reducirse o suprimirse colocando un
amortiguador en la línea.

259#
Courtesy University of Texas Petroleum
Extension Service
FILTRO
STRAINERS
RUBBER
BULB
WASHER
FELT PLUG
ADJUSTING
SCREW
GLYCERINE
(A) (B)
BULBO DE
GOMA TORNILLO
AJUSTABLE
GLICERINA
ROLDANA
TAPON DE
CONTACTO
COLADORES
Amortiguador de pulsaciones

260#
El tubo sifón o cola de cochino
La cola de cochino es utilizada para aislar el proceso caliente del
instrumento. Cuando los gases llenan el tubo estos se condensan y llenan
la parte baja de la cola de cochino. Esto funciona como un tapón que
impide que los gases alcancen al instrumento y también irradia algo de
calor al aire circundante. La cola de cochino no debe estar aislada.
El espacio de vapor entre el manómetro/transmisor y el sello de
condensado es compresible, por lo que los cambios de presión no serán
vistos tan rápidamente como con otros dispositivos. El sello de agua actúa
como un amortiguador.

261#
SELLO DE CONDENSADO
MEDIDOR DE PRESIÓN
O TRANSMISOR
GAS CALIENTE
GAS CALIENTE
GAS
FRIO
FLUJO
El tubo sifón o cola de cochino

262#
Instalación
Instrumento debajo del proceso – Parte inferior de la
pierna de llenado
Instrumento arriba del proceso – El condensado retrocede
TRANSMISOR
PROCESO
TRANSMISOR
PROCESO SELLO TIPO
RECIPIENTE
Instrumento aislado del proceso
TRANSMISOR
PROCESO
TRANSMISOR
Instrumento aislado del proceso
PROCESO
CIERRE REMOTO
TUBO CAPILAR

263#
Medidores electrónicos de presión
Existen básicamente dos tipos:
- Tipo Capacitivo
- Tipo medidor de deformaciones o strain gage

264#
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 cuyo
movimiento es del orden de milésimas con una presión de
referencia.

265#
Medidor tipo Capacitivo
La señal de presión, referencia y medida, es aplicada por
medio de dos diafragmas, que son los que están en contacto
directo con el proceso. Las características de este
instrumento son:
Costo moderado
Desplazamiento volumétrico pequeño
Resolución uniforme
Construcción simple
La unidad electrónica necesita estar bien diseñada e instaladaExcelentes características de histéresis y respuesta
en frecuencia
Salida de alta impedanciaBuena velocidad de respuesta
EN ocasiones es necesario compensarlo debido a a variaciones de
temperatura
Buena Exactitud

266#
Medidor de deformaciones tipo Strain Gage
De acuerdo a la Ley de Hooke, cuando un cuerpo se le aplica una
fuerza, este sufre una deformación. Un medidor de deformaciones,
strain gage o galga de extensión es un dispositivo que utiliza la
variación de su resistencia eléctrica para medir su presión y se
construye sobre un metal de coeficiente de elasticidad dado,
adosándole un alambre, una tira semiconductora o pistas
conductoras.

267#
Medidor de deformaciones tipo Strain Gage
Al deformarse el soporte de la galga o strain gage, se "estira" o
se "comprime" el sensor, variando así, su resistencia. El
cambio de resistencia será, precisamente, el reflejo de la
deformación sufrida. En términos de su caracterización, dada
la resistencia R sin deformación, la aplicación de una fuerza F
deformante producirá un cambio de resistencia.

268#
Tipos físicos de medidores de esfuerzo
Medidor de esfuerzo de hilo metálico. Son las más sencillas y se
encuentran en configuraciones fijables. Normalmente están
adheridas a una base de dimensiones estables.
Medidor de esfuerzo laminares metálicas. Son las que se
desarrollan por métodos de fotograbado. Se fabrican de forma
similar a la producción de circuitos impresos en bases flexibles.
Medidor de esfuerzo de metal depositado. Son las aplicadas
directamente sobre superficies mediante métodos de
evaporización o bombardeo químico. Se usan en los diafragmas
de los sensores de presión.

269#
Medidor de esfuerzo Semiconductoras. Son fabricadas con
silicio u otro metal semiconductor. Su cambio resistivo es
menos lineal que las de metal y tiene gran dependencia en la
temperatura. Se usan en la fabricación de sensores integrados
de presión donde se implantan en microdiafragmas para sensar
presión diferencial o presión barométrica.
Los materiales empleados para la fabricación de medidor de
esfuerzo son diversos conductores metálicos, como las
aleaciones constantan, advance, karma, isoelastic, y también
semiconductores como el silicio y el germanio. Las aleaciones
metálicas tienen la ventaja de un bajo coeficiente de
temperatura.

270#

271#
Medidor de esfuerzos
En la práctica, el medidor de deformaciones va asociado con un
fuelle o un diafragma. Los medidores tipo alambre y película son
hechos de metales y aleaciones metálicas. El más reciente
avance en este campo son los de película delgada.

272#
Circuito de medición
El puente de Wheatstone es el arreglo más común, por ser sensible, para
sensar cambios producidos por el medidor de esfuerzo.
Cuando no hay deformación, se asume que
todas las resistencias son iguales. Entonces,
si ΔR = 0 y todas las resistencias son iguales
Vsa = 0.
Si se tiene una deformación que produce un
ΔR ≠ 0, se tiene:
)( RRR
R
E
RR
R
EVsa
Δ++
−
+
= E
RR
R
EVsa
Δ+
−=
22
1
RR
R
E
RR
REERR
Vsa
Δ+
Δ
=
Δ+
−Δ+
=
24)2(2
2)2(
El cambio ΔR 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
R
Vsa
4
Δ
≅

273#
Circuito de medición
Habitualmente se utilizan circuitos en puentes, compensados
por temperatura, diseñados para los valores típicos de estas
galgas (resistencias nominales de 120 Ω , 350 Ω , 600 Ω y
1000 Ω ) utilizando corrientes que no excedan los 10 mA.
[ ]TRTR T Δ+= 01)( 0
α

274#
Medidor tipo Strain Gage
Buena capacidad de sobrecarga
Resolución continua y uniforme
Costo de moderado a altoCaracterísticas robustas contra golpes y vibraciones
Sin partes móviles
Mantenimiento simple
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

275#
Medidores de presión diferencial
Frecuentemente es necesario conocer la presión relativa entre
dos puntos; tales sistemas se conocen como sensores de
presión diferencial.
Existen diferentes métodos y a continuación se analiza un
sensor de presión diferencial, basado en un medidor de
esfuerzo.
Las señales de presión, P1 y PR, se entregan a dos diafragmas
aislantes, que impiden que el fluido ingrese a la cámara
sensible. La presión es transmitida a la sección sensible
mediante capilares, que están llenos de un fluido adecuado
(por ejemplo aceite de silicon).

276#
Existen dos cámaras separadas por el medidor en el centro,
conocida como el diafragma sensor, cuyo único requisito es
que impida el paso del fluido interno de un lado hacia el otro.

277#
Uno de los diafragmas aislantes puede ser sujeto a una
presión constante de referencia, de modo que la posición del
diafragma de referencia será una función de la presión
aplicada en un sólo lado. Similarmente, se pueden aplicar dos
presiones y la posición del diafragma sensor será una función
de la presión diferencial.

278#
Consejos de Calibration para transmisores de
presión 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

279#
Problemas comunes en la medición de
presión
• Líneas conectadas
• Sobrerango
• Materiales de construcción
• ¿Otros?

280#
Características de los medidores de presión
7 cm H2O0.3 Kg/cm2
1 Kg/cm2
0.3 Kg/cm2
7.5” H2OSpan mínimo
Analógica y digital
Lineal
Al sensor y
transmisor
Integral
Absoluta,
diferencial y vacío
300 o
C
0.01% E.T.
0.3 a 13000 Kg/cm2
± 0.25% E.T.
STRAIN GAGE
Al sensor y
transmisor
Al transmisorAl transmisorAl transmisorSuministro de energía
LinealLineal, excepto con el
tipo C
LinealLinealRespuesta
Analógica y digitalAnalógicaAnalógicaAnalógicaSalida
Requerido
Absoluta, diferencial y
vacío
300 o
C
0.25% del span
0 a 12 Kg/cm2
.1 a 1% del span
DIAFRAGMAS
Requerido
vacío
120 o
C
0.25% del span
0 a 35 Kg/cm2
0.5% del span
FUELLES
Requerido
vacío
300 o
C
0.01% del span
1 a 1500 Kg/cm2
0.5% del span
BOURDONES
Absoluta,
diferencial y vacío
Servicio en presión
IntegralElemento secundario
120 o
CTemperatura máxima
0.02% E.T.Sensitividad
0 a 300 Kg/cm2
Rango recomendable
± 0.15% E.T.Exactitud
CAPACITIVOCARACTERÍSTICA

281
Standards
Certification
Publishing
MEDICIMEDICIÓÓN DE NIVELN DE NIVEL
16, 17 y 18 de mayo del 2007

282#
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 consideración
del balance adecuado de materias primas o de productos finales.
Dentro de los procesos industriales la medición y el control de nivel se
hace necesario cuando se pretende tener una producción continua,
cuando se desea mantener una presión hidrostática, cuando un proceso
requiere de control y medición de volúmenes de líquidos ó; bien en el caso
más simple, para evitar que un líquido se derrame, la medición de nivel de
líquidos, dentro de un recipiente parece sencilla, pero puede convertirse
en un problema más ó menos difícil, sobre todo cuando el material es
corrosivo ó abrasivo, cuando se mantiene a altas presiones, cuando es
radioactivo ó cuando se encuentra en un recipiente sellado.

283#
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 contenido
en el tanque del proceso,
• Aprovechando características eléctricas del líquido.

284#
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.

285#
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.

286#
Instrumentos de nivel por presión
hidrostática
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

287#
Instrumentos de nivel por característica
eléctrica
Los que utilizan características eléctricas del líquido se clasifican en:
– Medidor conductivo
– Medidor capacitivo
– Medidor ultrasónico
– Medidor de radiación
– Medidor láser

288#
Medidor de Sonda o regla
Consiste en una varilla o regla graduada, de longitud
conveniente para introducirla dentro del depósito. La
determinación del nivel se efectúa por la lectura directa
de la longitud mojada por el líquido. En el momento de la
lectura el tanque debe estar abierto a presión
atmosférica. Se utiliza generalmente en tanques de
gasolina.

289#
Medidor de cinta
Este sistema graduada y un plomo en la punta y opera bajo el
principio de flotación, en el que el flotador actúa balanceado a un
indicador o contrapeso que proporciona una indicación directa
del nivel. Se emplea cuando es difícil que la regla tenga acceso
al fondo del estanque.

291#
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

292#
Medidor de cristal (mirilla)
Consiste en un tubo de vidrio con sus extremos
conectador a bloques metálicos y cerrados por
prensaestopas que están unidos al tanque generalmente
mediante tres válvulas, dos de cierre de seguridad en los
extremos del tubo para impedir el escape del líquido en
caso de rotura del cristal y una de purga.
El nivel de cristal normal se emplea para presiones hasta
7 bar. A presiones más elevadas el cristal es grueso, de
sección rectangular y está protegido por una armadura
metálica.

293#
Mirillas de vidrio básicas
CLOSE-LOOP SIGHT GLASSSCALE
OPEN-END SIGHT GLASS
(A) OPEN OR VENTED VESSEL (B) PRESSURIZED VESSEL
ESCALA
ESCALA
MIRILLA DE VIDRIO
CON EXTREMO ABIERTO
MIRILLA DE VIDRIO CERRADO
(A) RECIPIENTE ABIERTO O VENTILADO (B) RECIPIENTE PRESURISADO

294#
Medidor de cristal (mirilla)
CRISTAL CON ARMADURA CRISTAL NORMAL
Generalmente se conocen como vidrios de nivel

295#
Medidor de fuerza de flotación
La fuerza producida por un cuerpo sumergido, la cual es igual al peso del
fluido que dicho cuerpo desplaza se conoce como fuerza de flotación.
Bajo este principio se tienen dos tipos de medidores:
Desplazadores (fuerza)
Flotadores (movimiento)

296#
Medidor tipo desplazador
Su operación se basa en el principio de Arquímedes:
"Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una
fuerza de empuje vertical hacia arriba igual al peso del
fluido desalojado".

297#
Consiste en cuerpo inmerso, conocido como desplazador, en el líquido
y conectado mediante un brazo a un tubo de torsión y unido
rígidamente al recipiente. Dentro del tubo y unido a su extremo libre se
encuentra una varilla que transmite el movimiento de giro a un
transmisor exterior.
El tubo de torsión se caracteriza fundamentalmente porque el ángulo
de rotación de su extremo libre es directamente proporcional a la
fuerza aplicada.
Al aumentar el nivel, el líquido ejerce un empuje sobre el desplazador
igual al volumen de la parte sumergida multiplicada por la densidad del
líquido, tendiendo a neutralizar su peso propio, así que el esfuerzo
medido por el tubo de torsión será muy pequeño. Por el contrario, al
bajar el nivel, menor parte del desplazador queda sumergida, y la
fuerza de empuje hacia arriba disminuye, resultando una mayor
torsión.

298#
El desplazador esta
suspendido en la barra,
lo que restringe su
movimiento y evita su
contacto con cualquier
parte del recipiente en
que es colocado.
La varilla que conecta al
desplazador con la barra
de torsion esta diseñada
para absorber las
fuerzas laterales.

299#
La precisión es del orden de ± 0,5 % a ± 1 % .
El instrumento puede utilizarse en tanques abiertos y cerrados
a presión o a vacío, tiene una buena sensitividad pero presenta
el inconveniente del riesgo de depósitos de sólidos o de
crecimiento de cristales en el flotador que afectan a la precisión
de la medida y es apto sólo para la medida de pequeñas
diferencias de nivel (2000 mm máximo como estándar).
Características del desplazador

300#
La caja del desplazador se construye de hierro o acero al
carbón. La barra de torsión de K-monel como estándar. El
desplazador esta construido de acero inoxidable 316.
La presión de trabajo es hasta 40 Kg/cm2 y 450 oC de
temperatura. Sus conexiones pueden ser de 1 ½” roscadas o de
2” bridadas.
Se considera a este dispositivo simple, confiable y adaptable a
un rango amplio de variación de nivel.

301#
Insensible a la presión del recipiente
Adecuados para la medición de interfaces
Fácil instalación
Convenientes para fluidos condensables
Debe mantenerse sumergidoBuena exactitud
Inadecuado para usarse con fluidos turbulentosNumerosos materiales de construcción para
proporcionar resistencia a la corrosión
No puede ser usado en lodos o en fluidos cubrientesAdaptable a diferentes densidades de líquidos
Pesados y voluminososRequiere estopero

302#
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 flecha
rotatoria y a un cojinete que en conjunto llevan el movimiento
hasta un mecanismo transmisor de balance de movimientos.
Para tener máxima sensitividad es necesario que el flotador se
sumerja hasta su sección más ancha.

303#
Medidor de flotador
Flotador
Nivel de líquido
Flotador
Cinta
Polea de fricción baja
Resorte
de
tensión
+
+
+
Rueda de
lectura
digital

304#
Medidor de flotador
Este tipo de dispositivo es el más antiguo y el más utilizado en la
medición de niveles en tanques abiertos y cerrados a presión o
a vacío, y son independientes del peso específico del líquido.
Tiene el inconveniente de que las partes móviles están
expuestas al fluido y pueden romperse, además el flotador debe
mantenerse limpio. Los flotadores tienen una precisión de 0,5 %.

305#
Medidor manométrico
Consiste en un manómetro conectado directamente a la parte inferior del
tanque. El manómetro mide la presión debida a la altura de líquido h que
existe 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.

306#
Medidor de tipo burbujeo
Este es uno de los métodos mas antiguos en el que tubo
(sumergido en el deposito hasta el nivel mínimo) se
encuentra conectado a una fuente de gas con presión
suficiente para vencer la presión hidrostática generada
por la columna de líquido, hasta producir una corriente
continua de burbujas. La presión requerida para producir
el flujo continuo de burbujas es la presión hidrostática del
líquido y conociendo la densidad del líquido se puede
determinar su nivel.
Este sistema es muy ventajoso en aplicaciones con
líquidos corrosivos con materiales en suspensión (el
fluido no penetra en el medidor, ni en la tubería de
conexión).

308#
Medidor de tipo burbujeo
Los gases utilizados son generalmente aire e hidrógeno,
lo que representa su máxima desventaja y por esa razón
son poco utilizados.
La instalación es económica, particularmente para
indicaciones locales o servicios limpios.
La exactitud depende del medidor de presión utilizado y
de la uniformidad de la densidad del líquido a medir

309#
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 de
presión utilizado
No utilizado en recipientes cerradosBajo costo
Dificultad para operarlos en recipientes a baja presiónBueno para problemas severos de corrosión

310#
Medidor de presión diferencial
Este instrumento es el que mejor satisface los requerimientos
de transmisión remota. La fuerza o el movimiento resultante es
convertido a una señal normalizada de 3-15 Psig o 4-20 mA.
Consiste en un diafragma en contacto con el líquido del
estanque, que mide la presión hidrostática en un punto del
fondo del estanque. En un estanque abierto esta presión es
proporcional a la altura del líquido en ese punto y a su peso
específico, es decir:
P = hγg
en la que:
P = presión
h = altura del líquido sobre el instrumento
γ = densidad del líquido
g = 9,8 m/s2

311#
Señal
para
control
Señal para
control
Tanque
presurizado

312#
Las celdas o d/p cell, como se conocen, pueden instalarse en
tanques atmosféricos o en tanques a presión, variando su
esquema de instalación.

313#
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 del
diafragma y debe ser el adecuado para resistir la corrosión del
fluido (existen materiales de acero inoxidable 316, monel,
tantalio, hastelloy B, inoxidable recubierto de teflón).

314#
Medición de nivel con un transmisor de
presión 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 y
supresión se selecciona el rango del
transmisor de 0 30 “H2O.
Volumen del líquido:
V (ml) = factor cub. (ml/cm) * Nivel (cm)
Nivel del líquido
L(cm) = (H(“H2O)*2.54/ρ) – Lmin (cm)
V(ml) = (70.6 * H*2.54/ρ)-33
LH
Lmax
Nivel máximo
Lmin
Nivel mínimo
RECIPIENTE
DE CARGA
30 cm
33 cm
Factor de
cub
70.6 ml/cm
Transmisor de Presión
Diferencial

315#
Características del Medidor de presión
diferencial
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 y
presión
Variaciones en la densidad, índice de errores en la mediciónBuena exactitud
Costo moderado a alto , especialmente cuando se requieren
opciones especiales
Adecuados para medición de nivel de interfaces

316#
El medidor de nivel tipo capacitancia
Estos se basan en las propiedades eléctricas de los materiales y en forma
básica existen dos tipos:
o Tipo resistivo o conductivo (Admitancia)
o Tipo capacitivo (capacitancia)

317#
Consiste en uno o varios electrodos y un relevador eléctrico o electrónico
que es excitado cuando el líquido moja a dichos electrodos. El líquido
debe ser lo suficientemente conductor como para excitar el circuito
electrónico, y de este modo el aparato puede discriminar la separación
entre 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 o
resistivo

318#
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 sondas
por causa del fenómeno de la electrólisis.
Cuando el líquido moja los electrodos se cierra el circuito electrónico y
circula una corriente segura del orden de los 2 mA; el relevador
electrónico dispone de un temporizador de retardo que impide su
enclavamiento ante una ola del nivel del líquido o ante cualquier
perturbación momentánea o bien en su lugar se disponen dos electrodos
poco 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 para
señales on-off

319#
señales on-off

320#
señales continuas
En este tipo se mide la reactancia del sistema (suma de reactancia inductiva,
que es despreciable, y la reactancia capacitiva)

321#
señales 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

322#
Medidor de nivel capacitivo
Mide la reactancia capacitiva Xc del capacitor C, formado por
el electrodo sumergido en el líquido y las paredes del
recipiente, en base a una frecuencia conocida f. La capacidad
del conjunto es lineal y depende del nivel del líquido.
Para el cálculo de la capacitancia en microfaradios, se toma el
valor de la constante dieléctrica K, y las dimensiones físicas
del capacitor A, B y L.
En fluidos no conductores se emplea un electrodo normal y la
capacidad total del sistema se compone de la del líquido, la
del gas superior y la de las conexiones superiores.
fC
Xc
π2
1
=

323#

324#
La precisión de estos medidores es de ± 1 %. Se
caracterizan por no tener partes móviles, son ligeros,
presentan una buena resistencia a la corrosión y son de
fácil 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 posibles
contaminantes contenidos en el líquido puedan adherirse al
electrodo variando su capacidad con lecturas erróneas, en
particular en el caso de líquidos conductores.
Características del Medidor de nivel
capacitivo

325#
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 de
temperatura
Fácil instalación
No puede ser usado con fluidos adherentesÚtil en servicios on-off y control continuo en un amplio
rango de nivel
Usualmente requiere recalibración si el fluido medido
cambia su composición o humedad
Sin partes móviles expuestas al fluido

326#
Medidor de nivel ultrasónico
Se basa en la emisión de un impulso ultrasónico a una
superficie reflectante y la recepción del eco del mismo en
un receptor. El retardo en la captación del eco depende
del nivel del tanque.
Los sensores trabajan a una frecuencia de unos 20 KHz.
Estas ondas atraviesan con cierto amortiguamiento o
reflexión el medio ambiente de gases o vapores y se
reflejan en la superficie del sólido o del líquido.

327#
La precisión de estos instrumentos es de ± 1 a 3 %. Son
adecuados para todos los tipos de tanques y de líquidos o
fangos pudiendo construirse a prueba de explosión.
Presentan el inconveniente de ser sensibles a la densidad
de los fluidos y de dar señales erróneas cuando la
superficie del nivel del líquido no es nítida como es el caso
de un líquido que forme espuma, ya que se producen
falsos ecos de los ultrasonidos.
La utilización de la computadora permite, a través de un
programa, almacenar el perfil ultrasónico del nivel, y así
tener en cuenta las características particulares de la
superficie del líquido, tal como la espuma, con lo cual se
mejora la precisión de la medida.

328#
DetectorEmisor

329#
Medición ultrasónica
RECEIVER AND
AMPLIFIER
TIMED GAIN
CONTROL
WAVE
SHAPING
LOGIC AND
DISPLAY
GENERATOR AND
TRANSMITTER
TIMING
GENERATOR
TRANSDUCERS
TRANSMITTED BURST
RECEIVED BURST (ECHO)
ELAPSED TIME PROPORTIONAL
TO DISTANCE
OBJECT BEING
SENSED
GENERADOR Y
TRANSMISOR
GENERADOR
DE TIEMPO
RECEPTOR Y
AMPLIFICADOR
OBJETO A SER
SENSADO
TRANSDUCTORES
GANANCIA DE
CONTROL
CRONOMETRADA
LOGICA Y
LECTURA
FORMA
DE ONDA
TREN DE PULSOS TRANSMITIDO
EL TIEMPO TRANSCURRIDO
ES PROPORCIONAL A LA DISTANCIA
TREN DE PULSOS RECIBIDO (ECO)

330#
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 la
radiación gamma recibida en una señal eléctrica de corriente
continua. Como la transmisión de los rayos es inversamente
proporcional a la masa del líquido en el estanque, la radiación
captada por el receptor es inversamente proporcional al nivel
del líquido ya que el material absorbe parte de la energía
emitida.
Los rayos emitidos por la fuente son similares a los rayos X,
pero de longitud de onda es más corta. La fuente radiactiva
pierde igualmente su radiactividad en función exponencial del
tiempo. La vida media (es decir, el tiempo necesario para que el
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 es
de 33 años y en el americio 241 es de 458 años.

331#

332#
Las paredes del estanque absorben parte de la radiación
y al detector llega sólo un pequeño porcentaje. Los
detectores son, en general, detectores de cámara iónica y
utilizan amplificadores de c.c. o de c.a. El instrumento
dispone de compensación de temperatura, de
linealización de la señal de salida, y de reajuste de la
pérdida de actividad de la fuente de radiación. Como
desventajas en su aplicación figuran el blindaje de la
fuente y el cumplimiento de las leyes sobre protección de
radiación.
La precisión en la medida es de ± 0,5 a ± 2 %, y el
instrumento puede emplearse para todo tipo de líquidos
ya que no esta en contacto con el proceso. Su lectura
viene influida por el aire o los gases disueltos en el
líquido.

333#
El sistema se emplea en caso de medida de nivel en
estanques de acceso difícil o peligroso. Es ventajoso
cuando existen presiones elevadas en el interior del tanque
que impiden el empleo de otros sistemas de medición. Hay
que señalar que el sistema es caro y que la instalación no
debe ofrecer peligro alguno de contaminación radiactiva
siendo necesario señalar debidamente las áreas donde
están instalados los instrumentos y realizar inspecciones
periódicas de seguridad.

334#
Fuente de
radiación
Detector

335#
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 caso
de la medición de metal fundido, donde la medida del nivel debe
realizarse sin contacto con el líquido y a la mayor distancia posible por
existir unas condiciones de calor extremas. El sistema consiste en un
rayo láser enviado a través de un tubo de acero y dirigido por reflexión
en un espejo sobre la superficie del metal fundido. El aparato mide el
tiempo que transcurre entre el impulso emitido y el impulso de retorno
que es registrado en un fotodetector de alta resolución, y este tiempo
es directamente proporcional a la distancia del aparato emisor a la
distancia a la superficie del metal en fusión, es decir, da la lectura del
nivel.

336#
Sistema de nivel por radar
REMOTE
DISPLAY
MICROWAVE
ELECTRONIC
MODULE
RADAR
ANTENNA
TANK ATMOSPHERE
TEMPERATURE
SENSOR
ATMOSFERA DEL TANQUE
SENSOR DE
TEMPERATURA
ANTENA
DE RADAR
LECTURA
REMOTA
MÓDULO
ELECTRÓNICO
DE MUCROONDAS

338#
Problemas comunes en la medición de nivel
• Líneas conectadas
• Líquido – espuma
• Líquido – agitación
• Pierna seca/pierna húmeda
• Supresión y elevación de cero
• ¿Otros?

339#
Criterios de selección de los medidores de
nivel
La selección depende de algunos aspectos, como los que a continuación
se mencionan:
• Condiciones de operación
• Exactitud
• Costo
• Instalación
• Mantenimiento y operación
• Calibración
• Confiabilidad

340#
Características de medidores de nivel
sensor/
transmisor
De acuerdo al
medidor
asociado
Cercana a la
atmósferica
100 o
C
Líquidos
Requerido
Analógica
Igual a la altura
del tanque
±1% del rango
BURBUJEO
Al transmisor
0.75%
100 Kg/cm2
300 o
C con
sello
Líquidos
Interfaces
Inherente
Analógica o
digital
4” a 1000”
H2O
±0.5% a ±2%
del span
D/P CELL
sensor/
transmisor
0.1 % del
span
200 Kg/cm2
500 o
C
Líquidos
Interfaces
Sólidos
Inherente
Analógica o
digital
6” a 100 ft
±0.5% del
span
CAPACI
TANCIA
300 Kg/cm2
4 Kg/cm2
150 Kg/cm2
200 Kg/cm2
Presión max.
0.1 % del
span
± 1 %± 1 %0.75% del
rango
Sensitividad
sensor/
transmisor
Al
transmisor
Al transmisorAl
transmisor
Suministro de
energía
-150 a 500
o
C
Líquidos
Interfaces
Integral
Analógica
14” a 48”
±0.1% a
±0.3%
DESPLA
ZADOR
-150 a 500 o
C
Líquidos
Integral
Analógica
1/4” a 14”
±1% a ±3%
FLOTADOR
150 o
C
Líquidos
Requerido
Analógica o
digital
1” a 35 ft
±1% a ±2%
TIPO CINTA
Líquidos
Interfaces
Sólidos
Servicios
850 o
CTemp. max.
InherenteUnidad
secundaria
Analógica o
digital
Salida
1/2 ” a 100 ftRango
recomenda
ble
±0.5% del
span
Exactitud
ADMITAN
CIA
CARACTE
RÍSTICA

341
Standards
Certification
Publishing
FUNDAMENTOS DE MEDICIFUNDAMENTOS DE MEDICIÓÓN DEN DE
FLUJOFLUJO
16, 17 y 18 de mayo del 2007

342#
Importancia de la mediciImportancia de la medicióón den de
FlujoFlujo
La medición de flujo es importante y algunos ejemplos de
aplicación en nuestra vida son para conocer:
•Consumos de agua potable para uso doméstico e
industrial,
•Demanda de Hidrocarburos, como gas natural, gas LP,
combustoleo, gasolina,
•La eficiencia de los procesos,
•Balances de materia,
•Excedentes de costos, etc.

343#
Estados de la materiaEstados de la materia
La materia se presenta en tres estados: sólido, líquido o gaseoso y en forma
básica se tiene que: un sólido tiene un volumen y forma definidos; un líquido
tiene 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
DeformacionesLÍQUIDO GAS
Incompresibles Compresibles
Volumen
Indefinido, baja
densidad
ESTADOS DE LA MATERIA

344#
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 cohesivas
débiles y por fuerzas ejercidas por las paredes de un recipiente, es decir sin
volumen 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 un
líquido es la compresibilidad, así los gases pueden ser comprimidos
reduciendo 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.

345#
Unidades de medida de flujoUnidades de medida de flujo
m3/hr
Kg/hr
m3/hr
Kg/hr
GPM
lbs/hr
SCFM
S.I.METRICOU.S.A.
• Líquidos GPM, m3/hr, lbs/hr
• Gases SCFH, m3/hr
• Vapor lbs/hr, Kg/hr

346#
Tipos de flujoTipos de flujo
• Flujo volumétrico.– El volumen de un flujo que pasa por un punto en la
tuberia por unidad de tiempo
Q = 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

347#
Propiedades de los fluidosPropiedades de los fluidos
Densidad
La densidad de un material se define como la masa contenida en la unidad de
volumen de un material. Ejemplo: agua = 62.4 lbs/ft3
Peso específico
Los ingenieros que no han adoptado el SI, utilizan el peso específico o densidad
de peso, definido como el peso de la unidad de volumen de una sustancia.
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
= 3
m
Kg
v
m
δ
Densidad relativa o gravedad específica
Para líquidos, se define como la razón entre la densidad de la sustancia y la
densidad del agua a una temperatura determinada. Para gases, es con respecto
a la densidad del aire.
⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡
⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡ ⋅
=== 33
m
N
m
fKg
gδ
v
mg
v
w
PE
tantantan
agua
ciasus
agua
ciasus
agua
ciasus
δ
δ
gδ
gδ
PE
PE
DR ===

348#
Viscosidad
Se 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 esencial
conocerla para la selección de medidores de flujo.
Fluido Newtoniano
Es todo aquel fluido que sigue la Ley de Newton de la viscosidad, es decir que
cuando la relación de corte y la velocidad de deformación del fluido es lineal y la
viscosidad es función exclusiva de la condición del fluido.
Fluido No Newtoniano
No se comporta conforme la Ley de Newton y la viscosidad de este fluido depende
del gradiente de velocidad, además de la condición del fluido..

349#
Compresibilidad
A cada incremento/decremento de la presión que se ejerce sobre un fluido, le
corresponde una contracción/expansión del fluido. Esta deformación o cambio
de 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
VP
T
VP ⋅
=
⋅
TRmVP ⋅⋅=⋅
TR
P
⋅
=ρ
ρ

350#
EcuaciEcuacióón de continuidadn de continuidad
La relación de volumen de flujo (Q) que pasa en un punto es igual a la sección
transversal normal (A) en ese punto por el promedio de velocidad a través del
área (V).
VAQ ⋅=
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 calculado
multiplicando el área de la tubería por la velocidad promedio en ese punto o
localización. Esta es la base de operación de todos los medidores de velocidad
de flujo.

351#
EcuaciEcuacióón de continuidadn de continuidad
Si hay un volumen constante de velocidad de flujo para un cambio de área (un
cambio de diámetro de tubería) existe un cambio inverso de la velocidad
promedio. Esta es la ecuación de continuidad y esta basada en la velocidad
promedio a través del área seccional.
Ecuación de continuidad

352#
Teorema deTeorema de BernoulliBernoulli
Daniel Bernoulli (1700-1782) comprobó experimentalmente que "la presión interna
de un fluido (líquido o gas) decrece en la medida que la velocidad del fluido se
incrementa", 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 v
tendrá 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 v2 = 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.

353#
El nEl núúmero demero de ReynoldsReynolds
A finales del siglo XIX, Reynolds efectúa un experimento, inyectando tinta en la
corriente de un flujo y observa cambios significantes en el movimiento de la
tinta. 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 flujo
laminar debido a que el fluido se esta moviendo como si estas fueran
compuestas de laminaciones o placas.
Al incrementa la velocidad, se alcanza la condición donde la tinta inicia como
una línea recta, pero empezando a generar inestabilidad y al aumentar la
velocidad se genera una inmediata dispersión de la tinta a través de la corriente
de flujo, llamando a este flujo sinuoso y hoy se llama flujo turbulento.

354#
En el trabajo de Reynolds se demostró que en el flujo laminar, el
comportamiento del fluido esta dominado por las fuerzas viscosas (fricción
interna 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 dos
veces la velocidad promedio.

355#
En el flujo turbulento, las fuerzas dinámicas dominan el comportamiento del
fluido que provocan la dispersión de la tinta. El perfil es cuadrado y cambia con
el cambio de velocidad del fluido y de la viscosidad
Flujo Laminar
Flujo
Flujo Laminar
El número de Reynolds es menor de 2000
Flujo
Flujo Turbulento
El número de Reynolds es mayor de 4000
Flujo
Flujo de Transición
El número de Reynolds esta entre 2000 y 4000
Flujo Turbulento

356#
Existe una zona de inestabilidad conocida como régimen de transición donde el
flujo 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.
Si Re ≤ 2000 el perfil es parabólico y el flujo es laminar.
Si 2000 ≥ Re ≤ 4000, el flujo es de transición
D

357#
Perfil de flujo y efectos de tuberPerfil de flujo y efectos de tuberííaa
Los cálculos del número de Reynolds son válidos para perfiles simétricos. Sin
embargo, 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 de
flujo. Como el flujo se mueve a través del codo, se acelera alrededor y hacia
fuera de la curva y disminuye su velocidad dentro de la curva. El perfil se
distorsiona con una zona de alta velocidad ocurriendo al otro lado de la línea de
centro de la tubería.

358#
Perfil de flujo y efectos de tuberPerfil de flujo y efectos de tuberííaa
Existen algunas recomendaciones de ASME para tubería corriente arriba y corriente abajo
para el caso de orificios o toberas de flujo después de un disturbio específico. Gráficas
similares pueden existir para otro tipos de medidores.

359#
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 pared
interna de la tubería (rugosidad). El perfil puede ser restablecido por acondicionadores de
flujo, 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 CABEZAL
RELATIVO
(4 es el más alto)
ACONDICIONADOR DE FLUJO

360#
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 condiciones
estándares
Volumen a temperatura base
Gravimétrica (másico)Gravimétrica (másico)
Gravimétrica (másico)Volumen actualVolumen actual
VaporGasesLíquidos
Unidades de flujo de medición comúnmente usadas
MEDIDORES
DE FLUJO
VOLUMÉTRICO
NI MÁSICO,
NI VOLUMÉ-
TRICO
MÁSICO

361#
ClasificaciClasificacióón de medidores de flujon de medidores de flujo
MÁSICO VOLUMÉTRICO HÍBRIDO
TÉRMICO
MEDIDORES
DE
FLUJO
CAMBIO
MOMENTUM
CORIOLIS
ANGULAR LINEAL
AREA
VARIABLE
PRESION DIF.
VARIABLE
ORIFICIO CODOTOBERA TARGET
VENTURI TUBO DE
FLUJO
LAMINAR
PARTES EN
NO MOVIMIENTO
IÓNICO EFECTO
DOPLER
INDUCIÓN
ELECTRO-
MÁGNETICA
TÉRMICO
RESONANCIA
MAGNÉTICA
NUCLEAR
CABEZA
VARIABLE
OSCILACIÓN
HIDRODINÁMICA
AC DC
CANAL TOBERA
KENNISON
VERTEDERO DESCARGA
DE CHORRO
FORZADA LIBRE
SÓNICO LASER MICROONDAS
PARTES EN
MOVIMIENTO
TURBINA DESPLAZAMIENTO
POSITIVO
PROPELA
ENGRANE PISTÓNDISCO VELETA

362#
Medidor de flujo tipoMedidor de flujo tipo áárea variablerea variable
Los medidores de área variable, también llamados rotámetros, utilizan el mismo
principio que los medidores de flujo del tipo presión diferencial; esto es, la
relación 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 la
diferencial de presión cambia con respecto a la velocidad del flujo. En los
medidores de área variable, el área de restricción cambia cuando el flujo cambia
y la presión diferencial permanece constante.
El rotámetro consiste de un tubo de medición
cónico y un flotador. El fluido circula en forma
ascendente por el tubo desplazando al
flotador que normalmente lleva unas ranuras
que dan lugar a que el flotador gire,
proporcionando estabilidad y efectos de
centrado. Esta rotación es la que le da el
nombre de rotámetro. El rotámetro puede
contener una válvula manual para establecer
flujos pequeños, y también puede ser utilizado
como un indicador, transmisor o un
controlador de campo.

363#
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 del
flotador 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

364#
Funcionamiento delFuncionamiento del RotRotáámetrometro

365#
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 el
tubo puede romperse.
El tubo metálico se utiliza en mas aplicaciones, de muy altas presiones (hasta
6000 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 de
conversión o factores de lectura.

366#
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 tubería
cercanos
Capacidad máxima de flujo limitadaSimple
No es apropiado para altas presionesBajo costo

367#
Medidor de flujo tipo presiMedidor de flujo tipo presióón diferencialn diferencial
Este tipo de medidores cambia la velocidad o dirección, provocando una presión
diferencial 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 en
uso son dispositivos de presión diferencial, siendo el más popular la placa de
orificio.

368#
Ventajas de los MF tipo presiVentajas de los MF tipo presióón diferencialn diferencial
Las 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 se
comparan con otros medidores.
•Pueden utilizarse para la mayoría de los fluidos.
•Hay abundante información sobre sus diferentes usos.

369#
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 una
caída de presión alta.
•La señal de salida no es lineal con el flujo.
•Deben de respetarse tramos rectos de tubería corriente arriba y corriente
abajo del medidor que, según la localización de la tubería y los accesorios
existentes, pueden llegar a ser grandes.
•Pueden producirse efectos de envejecimiento, es decir, acumulación de
depósitos 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.

370#
Placa de orificioPlaca de orificio
La placa de orificio es el dispositivo de medición de flujo más comúnmente
usado, 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 rango
de 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 que
general una presión diferencial en el sistema, la que se mide, y resulta ser
proporcional a la magnitud del flujo.

371#
Placas de orificio concPlacas de orificio concééntricontrico
La placa de orificio mas común es un disco circular concéntrico, normalmente
de acero inoxidable, donde el tamaño del orificio y espesor dependen del
tamaño 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 es
un gas o un vapor con líquido, la placa tiene un pequeño orificio en la parte
superior o inferior respectivamente.

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. Se
usa cuando se requiere eliminar el estancamiento de materiales extraños,
instalándose con la secante horizontal y con su sección curva coincidiendo con
la superficie inferior de la tubería. Es muy usada para medir vapor húmedo,
líquidos con sólidos en suspensión o aceites con agua cuando la medición se
hace en tubería horizontal. Cuando el orificio se puede localizar verticalmente,
debe cambiarse a orificio concéntrico.

373#
Placa de orificio excPlaca de orificio excééntricontrico
En el orificio excéntrico, el orificio es tangente a la superficie superior de la
tubería cuando el fluido es un gas, y tangente a la superficie inferior cuando es
un líquido. Esta placa tiene las mismas ventajas que la segmentada.
El área del orificio segmentado en equivalente al área del orificio excéntrica.

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 dos
tomas, una en la parte anterior y otra en la parte posterior de la placa. La
disposición de las tomas, puede ser: en las bridas, en la vena contraída y en la
tubería.

375#
Perfil de presiPerfil de presióón de las placas de orificion de las placas de orificio

376#
EcuaciEcuacióón de las placas de orificion de las placas de orificio
La relación de proporcionalidad es del tipo cuadrática, en la que el flujo es la
raíz cuadrada de la presión diferencial por una constante. El flujo al
interaccionar con la restricción cambia su energía potencial (presión) por
energía cinética (velocidad), describiendo un patrón de flujo muy especial que
recibe el nombre de vena contracta.
(1)
whKAQ =
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 las
pérdidas por fracción del fluido con la tubería y la restricción.

377#
FFóórmula de crmula de cáálculo, caso llculo, caso lííquidoquido
La determinación se hará mediante el procedimiento conocido como “Método
Universal”. 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.
Fp Factor de corrección por compresibilidad.
Fc Factor de corrección por número de Reynolds basada en S.
Ft Factor de corrección por temperatura.
pcmatmi
Lmed
FFFFFhND
GQ
S 2
=

378#
En este caso se hace uso del método conocido como “ especial”, el que se
define por la siguiente expresión:
donde:
K0β2= Factor de descarga [=] adimensional
Qmed= Gasto máximo correspondiente a la escala total del medidor en SCFH a Presión y
Temperatura 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, Fa, Fm y hm= Definidos anteriormente.
fmwvmar
f
b
f
i
b
b
med
O
PhFFFF
Z
Z
GT
D
T
P
Q
Υ
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
=Κ
1520
520
73.14
17.338
2
2
β
FFóórmula de crmula de cáálculo, caso gaslculo, caso gas

379#
La metodología empleada en el cálculo de placas de orificio para vapores, es
similar a la desarrollada para gases. Este procedimiento tiene ligeras
variaciones, 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/h
Ff = 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
frafm
med
O
FFFhD
W
γ
β
Υ
=Κ 2
2
359
fγ

380#
La cuña, como la placa de orificio, produce una presión diferencial y opera
linealmente para números de Reynolds por encima de 500.
Sus aplicaciones típicas son en lechadas y fluidos viscosos (sujeta a limitación
en el número de Reynolds).
Están disponibles los sellos químicos o conexiones de tipo capilar para ayudar a
prevenir el taponamiento de la tubería de impulso.
CuCuñña de flujoa de flujo
ALTA BAJA
FLUJO

381#
La tobera de flujo consiste de una restricción con una sección de contorno
elíptica que es tangente a la sección de garganta cilíndrica. Se utiliza para
aplicaciones 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

382#
TuboTubo venturiventuri
El tubo venturi consta de tres partes fundamentales:
a) una sección de entrada cónica convergente en la sección transversal
disminuye, lo que se traduce en un aumento de la velocidad del fluido y una
disminución de la presión;
b) una sección cilíndrica o garganta en la que se sitúa la toma de baja presión, y
donde 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 una
recuperación de la mayor parte de la presión diferencial producida y un ahorro
de energía.

383#
El tubo venturi es particularmente recomendable cuando el fluido contiene
grandes cantidades de sólidos en suspensión o corrientes de flujo sucias puesto
que la entrada lisa permite que el material extraño sea arrastrado y no
acumularse como pasaría en una placa de orificio. Los requerimientos de la
tubería 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 la
utilizada para un tubo Venturi, resultando una combinación que se denomina
venturi - tobera.

384#
Sus ventajas principales son:
•Se caracteriza por producir una menor pérdidas de presión permanente con
respecto a la placa de orificio y la tobera de flujo.
•Su capacidad de flujo es aproximadamente de un 50% mayor que una placa
de orificio.
•No está sujeto a obstrucciones por sólidos del fluido debido a su simetría.

385#
Las principales limitaciones de los tubos Venturi son su elevado costo y la
longitud necesaria para su instalación, sobre todo para grandes tamaños de
tubería.
Sin embargo, debido a su baja pérdida de carga, son justificados en casos
donde 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

386#
TuboTubo dalldall
El tubo Dall consiste de un cuerpo cilíndrico de longitud relativamente corta y
que es paralelo en dirección a la tubería seguido por la convergencia de un
cono 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 la
pared externa del tubo Dall y la tubería.
Este elemento, por sus características de diseño, no es recomendable para la
medición de fluidos que contengan sólidos en suspensión.
La ventaja principal de este tubo es su caída de presión permanente
aproximada que es de 2.5 a 6% de la diferencial medida, contra un 10 a 14 %
para el mismo fluido en un tubo Venturi.

387#
Diferentes diseDiferentes diseñños de tubos de flujoos de tubos de flujo

388#
PPéérdida de presirdida de presióón de los diferentes medidoresn de los diferentes medidores
de flujo de preside flujo de presióón diferencialn diferencial

389#
TuboTubo pitotpitot
El tubo de Pitot es quizá la forma más antigua de medir la presión diferencial y
también conocer la velocidad de circulación de un fluido en una tubería. Esta
forma más sencilla consta de un pequeño tubo con la entrada orientada en
contra del sentido de la corriente del fluido. La velocidad del fluido en la entrada
del tubo se hace nula, al ser un punto de estancamiento, convirtiendo su
energía cinética en energía de presión, lo que da lugar a un aumento de presión
dentro del tubo Pitot.

390#
TuboTubo pitotpitot
En la práctica se emplea un diseño con dos tubos concéntricos, uno interior que
actúa como el tubo Pitot y el exterior como un medio de medir la presión
estática.
Los tubos de Pitot son instrumentos sencillos, económicos, con una caída de
presión baja y disponibles en un amplio margen de tamaños. Si se utilizan
adecuadamente pueden conseguirse precisiones moderadas y, aunque su uso
habitual 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 grandes
conductos y, prácticamente, con cualquier fluido.
Probablemente la principal desventaja sea su dificultad para medir bajas
velocidades 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 en
el extremo inferior del perfil turbulento, la diferencia en velocidad que atraviesa
el flujo requerirá que se inserte el flujo donde se pueda determinar que
velocidad se esta midiendo.

391#
Arreglos de tubosArreglos de tubos pitotpitot

392#
TuboTubo annubarannubar
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 la
cara aguas arriba de la corriente, que utiliza para interpolar los perfiles de
velocidad y realizar un promedio, y otro orificio en el centro del tubo pero en la
cara aguas debajo de la corriente.
De los tubos que están en su interior, uno sirve para promediar las presiones
obtenidas en los cuatro orificios, midiendo la presión total, mientras que el otro
tubo, que se encuentra en la parte posterior, mide la presión estática en el
orificio central aguas debajo de la corriente.
Existen diferentes tipos de tubos annubar, cuya selección depende del tamaño
de la línea y su aplicación.
El tubo annubar tiene mayor precisión que el tubo de pitot, así como una baja
perdida de carga, utilizándose para la medida de pequeños y grandes flujos de
fluidos.

394#
CodosCodos
Cuando un fluido circula por el codo de una tubería, está sujeto a una
aceleración angular. La fuerza centrífuga resultante crea una presión diferencial
entre el radio interior y el radio exterior. La raíz cuadrada de esta presión
diferencial es proporcional al flujo, siendo la base fundamental de estos
medidores de flujo.

395#
CodosCodos
Las tomas en el codo presentan la ventaja de que como la mayoría de las
configuraciones de tuberías tienen codos, pueden situarse en ellos las tomas de
presión. Esto permite una instalación económica, sin perdidas de presión, y sin
introducir obstrucciones en la línea.
Debe ponerse especial cuidado para alinear los orificios de las tomas de presión
en ambos planos. Si el codo esta calibrado, su precisión puede ser comparable
a la de una placa de orificio

396#
Transmisores de orificio integralTransmisores de orificio integral
El medidor de flujo con
orificio integral se aplica
principalmente en la
medición de caudales muy
pequeños, en laboratorios y
plantas piloto.
Generalmente se utiliza una
placa con un orificio entre
0.020 y 0.350 pulgadas
para tamaño 1/2", 0.242 y
0.832 para 1", 0.382 y 1.18
para 1 1/2" de diámetro, el
cual restringe el paso del
flujo; la placa se encuentra
montada y conectada a un
transmisor de presión
diferencial.

397#
Orificios de restricciOrificios de restriccióónn
Los orificios de restricción se usan para regular flujos no críticos tales como
purgas. 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 de
dimensionamiento de orificios, con un ajuste para la recuperación de
presión.
Para el cálculo de gas se supone flujo sónico, es decir la presión de
descarga es menos que la mitad de la presión de entrada absoluta. Si este
no es el caso, se utiliza la ecuación para cálculo de orificios para gas.

398#
Medidor de flujo tipo cono en VMedidor de flujo tipo cono en V
El medidor de flujo de presión diferencial V-Cone, utiliza tecnología
patentada que mide el flujo en forma precisa a través de una amplia gama
de 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 flujo
de fluidos a través de un tubo.
El desempeño del V-Cone es por mucho mejor, ya que incluye cono central
en el interior del tubo. El cono interactúa con el flujo del fluido, modificando
el perfil de velocidad del mismo para crear una región de presión mas baja
inmediatamente de aguas abajo del mismo. Presenta baja caída de
presión, es mas estable con un amplio rango de materiales y sus
aplicaciones son para líquidos, gas y vapor.

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 la
otra se coloca en la cara orientada corriente abajo. Después la diferencia de
presión se puede incluir en una derivada de la ecuación de Bernoulli para
determinar 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 la
medición, asegurando mediciones de flujo altamente precisas y confiables,
sin importar la condición de flujo aguas arriba del medidor

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 volumétrico
considerando el área constante.
AVQ ⋅=2
rA ⋅= π
Q gpm = (2.448) x (d 2, in) x (v, ft/s)

401#
Medidores de flujo magnMedidores de flujo magnééticosticos
El medidor de flujo magnético se basa en la Ley de Faraday de inducción
electromagnética, la cual establece que un voltaje puede ser inducido en un
conductor en movimiento a través de un campo magnético.
La magnitud de voltaje inducido E es directamente proporcional a la
velocidad del conductor V, al diámetro D del conductor y a la fuerza de
campo magnético B.
VDBkE ⋅⋅⋅=

402#
Cuando el par de bobinas es energizada, se genera un campo magnético, el
cual debe ser perpendicular al eje del líquido conductor y al plano de los
electrodos. El líquido debe considerarse como un número infinito de
conductores moviéndose a través del campo magnético y contribuyendo
cada elemento al voltaje generado. El fluido debe tener alguna conductividad
mínima ya que actúa como un conductor.
VDBkE ⋅⋅⋅=
Medidores de flujo magnMedidores de flujo magnééticosticos

403#
CaracterCaracteríísticas 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% de
exactitud 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

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
CaracterCaracteríísticas de los MF magnsticas de los MF magnééticosticos

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 de
cerveza, café, salsas, etc) y
- en donde la medición de flujo de proceso es díficil

406#
Medidor tipoMedidor tipo VortexVortex
El medidor tipo Vortex es un ejemplo de un medidor de flujo oscilatorio. A
baja velocidad, el modelo del flujo permanece alíneado, sin embargo
al incrementar la velocidad, el fluido se separa de cada lado del cuerpo y se
arremolina formando vórtices (torbellinos) corriente abajo del cuerpo. El
número de vórtices generados es directamente proporcional a la velocidad
del fluido.
El Vortex crea una señal pulsante el cual puede ser medido.
Flow
Meter
Bore
High Velocity Fluid
Alternate
Vortices
Shear
Layer
Still
Fluid
FLUJO
FLUIDO
FIJO
ALTA VELOCIDAD DE FLUIDO
VORTICES
ALTERNADOS
CUERPO DEL
MEDIDOR
CAPA DE
INICIO

407#
Medidor de flujo tipo turbinaMedidor de flujo tipo turbina
Un medidor de flujo tipo turbina es aceptado ampliamente como una tecnología
probada que es aplicable para medir flujo con una alta exactitud y repetibilidad y
consiste 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 el
movimiento del rotor en un sistema lector externo.

408#
Los medidores para gas y para líquido funcionan bajo el mismo principio. La
sección transversal de un medidor de turbina típico para líquidos consta de
una longitud de tubería en el centro de la cual hay un rotor de paletas
múltiple, montado sobre cojinetes, para que pueda girar con facilidad, y
soportado corriente arriba y
corriente abajo por un
dispositivo centrado tipo
cruceta que, habitualmente,
incorpora un enderezador de
la vena fluida.
La energía cinética del fluido
circulando hace girar el rotor
con una velocidad angular
que, en el margen lineal del
medidor, es proporcional a la
velocidad media axial del
fluido y, por tanto, al flujo
volumétrico.

409#
Los medidores de turbina para gas o líquido difieren fundamentalmente en el
diseño del rotor. Una salida mediante impulsos eléctricos se produce cuando
se detecta el paso de cada paleta alrededor de uno o más sensores situados
en el campo del medidor. El punto más débil en un medidor de turbina para
líquidos son los cojinetes, ya que tienen que soportar el peso del rotor.
Algunas turbinas proporcionan una
frecuencia de la señal de salida
que varía linealmente con el caudal
volumétrico sobre rangos de flujo
especificados.
La bobina colectora o sonda
convierte la velocidad del rotor a
una señal de frecuencia
equivalente.

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 en
pulgadas
Tamaño del medidor

411#
AplicaciAplicacióón del MF tipo turbinan del MF tipo turbina
Una turbina es una unidad versátil; ésta soporta un rango extremadamente alto
a presiones y temperaturas, y debido a que está fabricada de acero inoxidable
es compatible con una amplia gama de fluidos. Sin embargo, los fluidos deben
de ser relativamente limpios y no deben ser productos de alta viscosidad.
Una limitación potencial de los medidores tipo turbina es que estos tienen un
componente móvil –el rotor- y un cojinete que esta sujeto a desgaste. Mediante
el 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 la
aplicación de líquidos lubricantes.

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 de
higiene
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 bajo
condiciones severas
Calibración requeridaRango de flujos de 10:1
No convenientes para altas viscosidadesSon utilizados frecuentemente como medidores de
flujo maestros debido a su excelente repetibilidad.

413#
Medidor de flujo tipo ultrasMedidor de flujo tipo ultrasóóniconico
Los medidores de flujo tipo ultrasónico como su nombre lo indica, miden el flujo
por 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

414#
Medidor de flujo ultrasMedidor de flujo ultrasóónico de tiempo transitorionico de tiempo transitorio
El medidor ultrasónico de tiempo transitorio o por impulsos son los más precisos
y se utilizan preferentemente con líquidos limpios, aunque algunos permiten
medir con cierto contenido de partículas (lodos orgánicos), gas y un % de
burbujeo .
El método de medida es una diferencial por tiempo de tránsito, es decir, mide el
flujo tomando el tiempo que tarda la energía ultrasónica en atravesar la sección
de tubería con y contra el flujo de líquido en la tubería.
Este método se basa en un hecho físico. Si se imaginan dos canoas
atravesando 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 necesitará
menos tiempo en alcanzar su objetivo.

415#
Medidor de flujo ultrasMedidor de flujo ultrasóónico de tiempo transitorionico de tiempo transitorio
La diferencial se puede referenciar al tiempo y a la frecuencia para calcular la
velocidad de flujo.
2
cos
2
At
t
NV ⋅
Δ
⋅= θ
donde tA es el tiempo promedio de
tránsito
θcos
2
⋅⋅Δ=
N
fV
donde ∆f es generada
por dos osciladores

416#
Medidor de flujo tipo ultrasMedidor de flujo tipo ultrasóónico tiponico tipo DopplerDoppler
El efecto Doppler puede entenderse fácilmente si se considera el cambio que se
produce en la frecuencia cuando un tren se mueve hacia una persona con su
bocina sonando, cuando el tren se acerca, el nivel de volumen de la bocina es
más alto, ya que las ondas sonoras son mas próximas, que si el tren estuviera
parado. Cuando el tren se aleja, aumenta el espaciamiento, dando un nivel mas
bajo. Este cambio aparente de frecuencia se denomina Efecto Doppler y es
directamente proporcional a la velocidad relativa entre el objeto móvil, el tren y
la 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 en
movimiento con partículas, por un cristal transmisor. Parte de la energía es
reflejada por las burbujas del líquido hacia un cristal receptor.
FLOW
PROFILE
VF
RECEIVE
TRANSMIT
SIGNAL
TRANSMIT
ZONE OF
REFLECTION
IN STABLE
VELOCITY
REGION
TRANSMITE
SEÑAL
TRANSMITE
RECIBE
PERFIL DE
FLUJO
ZONA DE
REFLEXIÓN
EN REGIÓN
DE VELOCIDAD
ESTABLE

417#
Medidor de flujo tipo ultrasMedidor de flujo tipo ultrasóónico tiponico tipo DopplerDoppler
Debido a que los reflectores viajan a la velocidad del fluido, la frecuencia de la
onda reflejada presenta un corrimiento o esta desviada de acuerdo al principio
Doppler. De acuerdo a lo anterior, se tiene gran parte de su aplicación para
medir fluidos con altos niveles de concentración de sólidos (0.2% a 60%
sólidos).

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.
CaracterCaracteríísticas del MF ultrassticas del MF ultrasóónico tiponico tipo DopplerDoppler

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 con
una placa de orificio, turbina, medidor de flujo magnético, venturi, vortéx.
Su mayor ventaja es que no tiene partes móviles y se utiliza en tuberías
grandes, fluidos corrosivos y peligrosos y servicio sin revestimiento.
CaracterCaracteríísticas del MF ultrassticas del MF ultrasóónico tiponico tipo DopplerDoppler

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)

421#
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)

422#
• 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

423#
• 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 )

424#
Los medidores de flujo másico, desarrollados en los años 80’s, miden la
masa directamente utilizando propiedades de la masa, opuestos a aquellos
que miden volumen o velocidad.
Tienen amplia gama de aplicaciones debido a que su medición es
independiente del cambio de parámetros del fluido, sin necesidad de
recalibrar o compensar los parámetros específicos del fluido. Muchas de las
otras 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

425#
Medidor de flujo mMedidor de flujo máásico tiposico tipo CoriolisCoriolis
Gustave Gaspard Coriolis (1792-1843) fué un ingeniero y matemático que
describió la fuerza Coriolis por primera vez en 1835 (“Sur les equations du
mouvement relatif des systemes de corps”). La aceleración Coriolis se
define como:
en el que los vectores F es la fuerza, w es su
movimiento angular y v la velocidad; m es la
masa a ser aplicada a un punto conocido a una
distancia L, desde los ejes 0,0.
Esta ecuación es equivalente a la segunda ley
de Newton F=ma, para movimiento rotacional

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 la
aceleración Coriolis, soportado sobre un eje de soporte y un eje par.

427#
El fluido en movimiento pasa a través de un tubo de flujo vibrando, y forzando
a tomar una aceleración conforme este se mueve hacia el punto del pico de
amplitud de vibración. A la inversa, el fluido desacelera conforme se mueve
lejos desde el punto pico de amplitud hasta que sale del tubo.
Fuerza Coriolis (Entrada)

428#
El resultado de fuerzas es una reacción en doble sentido del tubo del flujo
durante las condiciones del flujo, mientras este atraviesa cada ciclo de
vibraciones. La torsión es sensada por bobinas que miden la posición en cada
lado 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 es
necesaria una conversión, su rendimiento es incomparable.
+150 mV
-150 mV
ΔT = 0
Frecuencia = DensidadSensor 2Sensor 1
ΔT= Flujo másico
Condiciones de flujo
+150 mV
-150 mV
ANGULO DE
TORSIÓN
ANGULO DE
TORSIÓN

429#
Medidores de flujo mMedidores de flujo máásico tipo tsico tipo téérmicormico
Los medidores de flujo másico tipo térmico son aplicados para la industria
del petróleo, procesos químicos, tratamiento de agua, generación de
electrodo de plantas nucleares, en la electrónica para la manufactura de
circuitos integrados, etc. Se utiliza para la medición de líquidos y gases.
Este tipo de medidores depende de las variaciones de una o mas
características 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

430#
Medidor de flujo másico de elevación de temperatura a corriente de flujo
Típicamente se mide la diferencia de temperatura a los cambios de flujo a
través de un tubo calentado
donde:
Thomas, inicialmente considero un gran tubo , con una malla calentada en el
centro del tubo y termometros arriba y debajo de la malla, con mucho
consumo de potencia

431#
Posteriormente Laub propuso un diseño en la que el calentador y los termómetros
son 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
T1
T2
T2
T1
Calentador

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 electrónico
d) Válvula/orificio
Circuito
electrónico
Sensor
Cuerpo
Flujo
Restrictor
Válvula
Orificio

433#
Funcionamiento del MF mFuncionamiento del MF máásico tsico téérmicormico
El elemento sensor, no es un medidor de flujo másico, ya que solo
detecta la diferencia de temperatura debida al flujo y aprovecha esta
medición para determinar el flujo másico
Calor
T1 T2
Sensor
T1
Temperatura de
entrada al
Sensor
Calentador
Flujo
Puente para la
detección de
T
T2
Temperatura de
salida del
sensor

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

435#
CaracterCaracteríísticas del MF msticas del MF máásico tsico téérmicormico
• Medición y control de flujo másico.
• Principio de operación termodinámico mediante una
diferencial 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

436#
MF de desplazamiento positivoMF de desplazamiento positivo
Un medidor de desplazamiento positivo es aquel dispositivo que mide la
cantidad de fluido que circula por un conducto, dividiendo el flujo en segmentos
volumétricos conocidos, aísla el segmento momentáneamente, y lo regresara
después a la corriente de flujo mientras tanto va contando el número de
desplazamientos.
Un medidor de desplazamiento positivo puede ser dividido en tres componentes
básicos:
- La caja externa, que se encuentra llena de fluido
- El desplazador, que bajo la acción del fluido circulante, transfiere
el 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.

437#
Tipos de MF de desplazamiento positivoTipos de MF de desplazamiento positivo
Dentro de los diferentes tipos de medidores de desplazamiento positivo para
líquidos, 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

438#
Medidor de PistMedidor de Pistóón oscilanten oscilante
Este medidor consiste de un pistón hueco montado excéntricamente dentro de
un cilindro. El cilindro y el pistón tienen la misma longitud, pero el pistón tien un
diámetro mas pequeño. El pistón, cuando circula flujo, oscila alrededor de un
puente divisor, que separa la entrada de la salida del líquido.

439#
Medidor de paletas deslizantesMedidor de paletas deslizantes
Consta de un rotor con unas paletas, dispuesta en parejas opuestas, que se
pueden deslizar libremente hacia adentro y hacia fuera de su alojamiento. Los
miembros de las paletas opuestas se conectan rígidamente mediante varillas, y
el fluido circulando actúa sobre las paletas sucesivamente, provocando el giro
del rotor.
Mediante la rotación, el líquido
se transfiere de la entrada a la
salida, a través del espacio
entre las paletas y mediante el
conteo de revoluciones, se
determina la cantidad de flujo
que ha pasado
Se utilizan para medir líquidos
de elevados costos, siendo
instalados generalmente en
camiones cisterna para la
distribución de combustible y
es ampliamente usado cuando
se requiere exactitud.

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 un
movimiento 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 ruedas
dando lugar a un giro suave de un par prácticamente constante y preciso, para
reducir el rozamiento.

441#
Medidor de engranes tipo helicoidalMedidor de engranes tipo helicoidal
Funciona de manera similar al anterior y su principal ventaja de ambos es que
su medición es independiente prácticamente de las variaciones de densidad y
de la viscosidad del líquido.

442#
Medidor tipo pistMedidor tipo pistóón oscilanten oscilante
Funciona en base al movimiento de un pistón a través de una válvula de
deslizamiento.
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%.

443#
CaracterCaracteríística de comportamiento del MF destica de comportamiento del MF de
desplazamiento positivodesplazamiento positivo
Los medidores de desplazamiento positivo presentan resistencia a la fricción, la
cual tiene que ser vencida por el fluido circulante. Para flujos bajos, el flujo no
tiene energía cinética suficiente para hacer girar el rotor y la resistencia del
mecanismo, 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 energía
cinética aumenta con el cuadrado de la velocidad hasta alcanzar el equilibrio.

444#
Ventajas y limitaciones de los MF tipoVentajas y limitaciones de los MF tipo
desplazamiento 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 de
alimentación
Instalación díficilExactitud virtualmente insensible a las condiciones
corriente arriba de la tubería.
Caros, particularmente para grandes diámetrosPueden absorver grandes cambios de viscosidad
Inconveniente para líquidos sucios, no lubricantes o
abrasivos
Adecuados para fluidos de alta viscosidad
Mantenimiento requerido regularmenteMuy buena repetibilidad
Componentes móviles sujetos a desgasteBuena exactitud y rangeabilidad

445#
Medidor de flujo tipoMedidor de flujo tipo targettarget
Cuando el flujo pasa un obstáculo en la tubería, con fuerza, comúnmente
referida como arrastre, está generalizado un empuje o arrastre del obstáculo en
la 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 fuera
restringido por una fuerza igual y opuesta al arrastre, la magnitud de la fuerza
puede 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 el
obstáculo, llamado fricción de arrastre, y tiene su principal influencia cuando el
medidor de flujo está operando en el régimen de flujo laminar.
- La fuerza resultante de la diferencia entre la presión inmediatamente corriente
arriba e inmediatamente corriente abajo del obstáculo, llamada presión de
arrastre. Para flujos turbulentos, la presión de arrastre es el primer contribuyente
al arrastre total sobre el obstáculo.

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 montado
concéntricamente 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.

447#
Medidor de flujo tipoMedidor de flujo tipo targettarget

448#
CaracterCaracteríísticas del MF tiposticas del MF tipo targettarget
Su mejor campo de aplicación se halla en la medición de flujo en fluidos
líquidos, gases, vapores, sucios, lodos diluidos (slurries), fluidos de alta
viscosidad, corrosivos o con sólidos en suspensión, particularmente donde las
características del fluido excluye el uso de medidores con tomas de presión o
partes en movimiento.
La versatilidad y el bajo costo de instalación hace que el medidor de flujo tipo
Target un candidato a muchas aplicaciones díficiles de medición de flujo.
El tamaño del orificio total, en medidores en línea, puede ser instalado en
cualquier tamaño. El tubo target esta disponible desde ½” hasta 6”. La versión
inserción para tamaños de línea grande esta también disponible.
El tipo de montaje limita el rango de presión. El tipo strain gage se utiliza en tres
rangos de presión: 1000, 5000 y 10,000 PSIG y también en tres rangos de
temperatura: -65° a +425° F, -65° a +500° F, y -320° a +250° F.

449#
Medidor tipo CanalMedidor tipo Canal ParshallParshall
Este medidor de canal abierto consiste de tres secciones: una sección de
garganta y una sección divergente. El caudal a través del canal es una función
del incremento de velocidad y del nivel del líquido a través del canal. El canal
Parshall es uno de los tipos más comúnmente utilizados medidores de canal
abierto.
Debe mantenerse limpio, los sólidos grandes pueden bloquear el fondo del
canal provocando error en la medición.

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 de
energía tiene?
15.¿Qué propiedades de flujo deben ser consideradas’ (viscosidad,
densidad, compresibilidad, conductividad eléctrica, calidad de
lubricación, etc.)

451#
Otra clasificación puede ser dada por el tipo de fase que manejan. Existen
aplicaciones donde el gas esta entrampado en el líquido y donde la fase líquida es
llevada junto con la fase gaseosa. Los medidores volumétricos manejan líquidos con
gas entrampado y pueden generar un error en % volumen del gas presente.
LÍQUIDO
AREA
VARIABLE
PRESIÓN DIF.
VARIABLE
DESPLAZAMIENTO
POSITIVO
TURBINA
MAGNÉTICO
ULTRASÓNICO
TÉRMICO
OSCILATORIO
CORIOLIS
GAS
AREA
VARIABLE
PRESIÓN DIF.
VARIABLE
DESPLAZAMIENTO
POSITIVO
TURBINA
TÉRMICO
OSCILATORIO
CORIOLIS
VAPOR
AREA
VARIABLE
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

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 un
producto refinado del petróleo, mientras se ejecuta el movimiento físico del
fluido del contenedor del propietario al contenedor de diferente propietario.

453#
Existen medidores de flujo especiales para transferencia de custodia, pero no
basta con contar con este tipo de sistemas de medición para transferencia de
custodia ya que también estos sistemas requieren de otros dispositivos para
que 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, donde
indique la incertidumbre encontrada y la carta de trazabilidad.
Los MF en la transferencia de custodiaLos MF en la transferencia de custodia

454#
La incertidumbreLa incertidumbre
En cada medición existe una incertidumbre y es importante conocerla, ya
que en transferencia de custodia y en medición fiscal tiene implicaciones
económicas 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
$/AñoBarriles/Año$/DíaBarriles/Día%
Costo del error annual
de flujo
Error anual de
flujo
Costo error
diario
Error diario de
flujo
Incertidumbre de la
medición
$/Barril30Asuma un valor de mercado:
Barriles/día100.000Asuma una Produción de Petróleo:
Fuente: METCO
COSTO DE LA INCERTIUMBRE EN LA INDUSTRIA PETROLERA

455#
La rangeabilidad de un instrumento se definen como la relación del máximo al mínimo
valor 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 la
rangeabilidad 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.
RangeabilidadRangeabilidad
100%

456
Standards
Certification
Publishing
MEDICIONES ANALMEDICIONES ANALÍÍTICASTICAS
16, 17 y 18 de mayo del 2007

457#
Mediciones analMediciones analííticasticas
a)Cromatografía de gases.
b)Analizadores de infrarrojo.
c)Analizadores de oxígeno.

458#
CromatografCromatografíía de gasesa de gases

459#
CromatografCromatografíía de gases 8a de gases 8
El botánico ruso Mijail Tswett estableció las ventajas de la
técnica, adopto la terminología y definió los procedimientos
experimentales básicos para esta técnica. A el se le
considera el Padre de la Cromatografía.
La palabra Cromatografía significa “Escribir en Colores”,
porque cuando fue desarrollada los componentes
separados eran colorantes.

460#
La cromatografía se define como una técnica de separación
basada en el intercambio de solutos entre dos fases, y
depende de la velocidad de desplazamiento diferencial de
los mismos que se establece al ser arrastrados por una fase
móvil (líquida o gaseosa) a través de un lecho
cromatográfico que contiene la fase estacionaria, la cual
puede ser líquida o sólida.
COLUMNACOLUMNA
COLUMNACOLUMNA
FASE ESTACIONARIAFASE ESTACIONARIA
FASE MÓVILFASE MÓVILFASE MÓVIL FASE MÓVILFASE MÓVILFASE MÓVIL FASE MÓVILFASE MÓVILFASE MÓVIL
COLUMNACOLUMNA
COLUMNACOLUMNA
FASE MÓVILFASE MÓVILFASE MÓVIL FASE MÓVILFASE MÓVILFASE MÓVIL FASE MÓVILFASE MÓVILFASE MÓVIL

461#
La cromatografía de gases se utiliza para la separación de
sustancias gaseosas.
La fase móvil fluye, arrastrando consigo los solutos. Los
solutos se reparten entre ambas fases.
Las propiedades de los componentes de una mezcla
determinan su movilidad entre sí y con respecto a la fase
móvil. Por tanto, la base de la separación cromatográfica
será, por tanto, la diferencia en la migración de los mismos.
MuestraMuestraMuestraFase
estacionaria
FaseFase
estacionariaestacionaria
Fase
móvil
FaseFase
móvilmóvil

462#
Al alimentar la muestra, los componentes a separar se
distribuyen entre la fase estacionaria y la fase móvil o fluido
que pasa a través o a lo largo de la fase estacionaria.
La velocidad del soluto varía inversamente con la afinidad
con la fase estacionaria.
F. móvilF. móvil
F. estacionariaF. estacionaria
F. móvilF. móvil
F. estacionariaF. estacionaria

463#
Como los componentes de la mezcla presentan diferente
tendencia a permanecer en cualquiera de las fases, la
separación se da por el movimiento de la fase móvil en
relación con la estacionaria y de la distribución de las
sustancias entre las dos fases. Los solutos se separan en
bandas y estas salen (eluyen) por el final de la columna.
Fase móvilFase móvil
Fase estacionariaFase estacionaria
tt11
tt22
tt33
tt11
tt22
tt33

464#
InstrumentaciInstrumentacióón de unn de un CromCromáátografotografo de gasesde gases
Control
de flujo
Gas
acarreador
Inyección
de muestra
Columna Detección
Registro
y proceso
Horno
Control
de flujo
Gas
acarreador
Inyección
de muestra
Columna Detección
Registro
y proceso
Horno
El cromatógrafo de gases esta constituido normalmente por
un suministro y una entrada del gas portador, un puerto de
inyección, una columna normalmente localizada en el interior
de una cámara (horno) con temperatura controlada, un
detector y un sistema computarizado para analizar, registrar e
imprimir el cromatograma.

465#
Cromatografo de gasesCromatografo de gases

466#
Fase mFase móóvil o gas portadorvil o gas portador
La fase móvil o gas portador transporta los componentes de la
muestra a través de la columna, por esta razón debe ser inerte para
evitar 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 y
HH22 y tienen que ser de alta pureza (gradoy tienen que ser de alta pureza (grado cromatogrcromatográáficofico 99.99% o99.99% o
mmáás), 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 (unana
carga de N2carga de N2 es de $300 y de He $7,000). Tambies de $300 y de He $7,000). Tambiéén se puede obtenern se puede obtener
el N2 con compresoras y el H2 conel N2 con compresoras y el H2 con hidrogenadoreshidrogenadores..

467#
Control de flujoControl de flujo
Válvulas:
• De aguja (restricción al flujo), Δp
• Reguladores de presión. (Psal cte.)
• Diferenciales de flujo. (flujo másico cte.)

468#
InyecciInyeccióón de muestran de muestra
Zona calentadaZona calentada
Gas acarreadorGas acarreador
ColumnaColumna
JeringaJeringa
con muestracon muestra
La muestra se introduce a través del sistema de inyección dentro de
la columna que es el sitio donde ocurre la separación.

469#
Sistema de separaciSistema de separacióónn
La variación de la temperatura en el horno conteniendo a la columna permite
variar la constante de equilibrio y por lo tanto buscar la separación de los
compuestos que forman la muestra.

470#
HornoHorno cromatcromatóógraficografico
La temperatura de la columna es un parámetro básico:
mayor temperatura
mayor presión de vapor
análisis mas rápidos
menor separación

471#
ColumnaColumna cromatcromatóógraficagrafica
La Fase estacionaria, puede ser un sólido (Cromatografía Gas-Sólido)
o una Película de líquido de alto punto de ebullición (Generalmente
Polietilén-Glicol o Silicón) recubriendo un sólido inerte
(Cromatografía Gas-Líquido).
La columna de aluminio, acero inoxidable, vidrio o teflón contiene la
fase estacionaria sólida o líquida y esta sujeta a la superficie por un
soporte que es generalmente de sílice.
Columna empacada (Baja eficiencia) Columna capilar (vidrio, silice)

472#
DetectorDetector
Al final de la columna existe el detector que permite la detección y
cuantificación de las sustancias, midiendo conductividad térmica y
electronegatividad de las sustancias eluídas. Se produce una señal
tipo eléctrico, que posteriormente se amplifica por un registrador
grafico o un integrador permitiendo indicar el momento en que salen
de la columna los componentes. Existen diferentes tipos de detectores:
TCD, FID, etc.

473#
CromatogramaCromatograma
La salida de la sustancia se registra en un cromatógrama en forma
de picos y se determinan como parametros importantes, el area del
pico (% de concentracion) y el tiempo que tarda en salir
(componente).

474#
Sistemas de registroSistemas de registro
– 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, y
reprocesarlos cuanto se necesite.

475#
CromatogramaCromatograma
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
EST3EST2
EST1
14.4
14.0
13.7
13.4
10.7

476#
Analizadores de InfrarrojoAnalizadores de Infrarrojo

477#
Espectros de frecuencia de infrarrojoEspectros de frecuencia de infrarrojo
LONGITUD
DE 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

478#
Analizadores de infrarrojoAnalizadores de infrarrojo
Principios de medición
El funcionamiento de estos analizadores se basa en la Ley de
Beer, la cual describe como la luz está absorbida por una
molécula específica en una longitud de onda definida.

479#
La Ley de Beer forma la base para el funcionamiento de los
analizadores automáticos que convierten una señal óptica en
una señal electrónica, independientemente del gas a detectar y
de la empresa que produce el equipo

480#

481#
Analizadores de infrarrojo para COAnalizadores de infrarrojo para CO
La detección y medición de monóxido de carbono se basa en
la absorción de radiación infrarroja (IR) por parte de moléculas
de CO en la longitud de onda específica de 4.7 μm y utiliza un
elemento calentado con alta energía para generar una banda
ancha 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 a
través de un compartimiento de gas llena de nitrógeno (celda
de medición), y otro lleno de una alta concentración de
monóxido de carbono (celda de referencia). Detrás del anillo
giratorio se encuentra la celda de muestra.

482#
El principio llamado Correlación de Filtro de Gas requiere que
el anillo gire a una tasa de 30 ciclos/segundo, lo que hace que
el rayo de luz esté modulado en pulsos de referencia y
medición. Durante un pulso de referencia, el compartimiento de
CO del del anillo giratorio descompone eficazmente el rayo de
toda la energía IR en longitudes de onda donde el CO puede
absorber.
Como resultado se obtiene un rayo que no es afectado por el
CO en la celda de muestra. Durante el pulso de medición, el
nitrógeno del filtro de gas no afecta el rayo, que
subsecuentemente puede alternarse con cualquier CO en la
celda de muestra.

483#
La presencia de CO en la
celda de muestra reduce
la señal generada en el
compartimiento de
medición (M), mientras
que la señal de referencia
(R) queda igual, ya que la
alta concentración de CO
en el compartimiento de
referencia absorbió toda
la luz con longitud de
onda 4.7 μm. La
diferencia entre M y M*
determina la
concentración de CO en
la celda de
Muestra.

484#
Después del anillo de filtro de gas, el rayo IR entra a la celda de
muestra de paso múltiple. Esta celda usa ópticas plegables para
generar una longitud de paso de absorción de 16 metros para
lograr sensibilidad máxima.
Luego de excitar la celda de muestra, el rayo pasa por un filtro
de interferencia de paso de banda para limitar la luz a la longitud
de 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 de
voltaje convierten la señal luminosa en una señal de voltaje
modulada. La salida del detector es desmodulada
electrónicamente para crear dos voltajes DC: CO Medición y CO
Referencia. Estos voltajes son proporcionales a la intensidad de
la luz que recibe el detector durante los pulsos de medición y
referencia, respectivamente.

485#
Analizadores de infrarrojo para ozono OAnalizadores de infrarrojo para ozono O33
La detección y medición de moléculas de ozono se basa en la
absorción de 254 nm de rayos UV debido a una resonancia
electrónica de la molécula de O3. El analizador automático utiliza una
lámpara de mercurio que emite una onda de 254 nm. La luz de la
lámpara brilla hacia abajo hasta un tubo de vidrio hueco que
alternamente es llenado con la muestra y luego con gas limpio para
remover el ozono. La tasa de la intensidad de luz I/I0 es la base para
el cálculo de la concentración de ozono Cozono según Beer-Lambert

486#
Analizadores de infrarrojo para ozono OAnalizadores de infrarrojo para ozono O33
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 de
absorción que impacta la cantidad de luz que se remueve del rayo de
luz. Estos efectos se pueden atender midiendo directamente
temperatura y presión, incluyendo sus valores reales en el cálculo. El
coeficiente de absorción es un número que refleja la habilidad
inherente del ozono de absorber luz de 254 nm.
La longitud de la ruta de absorción determina cuántas moléculas
existen en la columna de gas del tubo de absorción.

487#
Analizadores de OxAnalizadores de Oxíígenogeno

488#
Analizador de OxAnalizador de Oxíígenogeno
El oxígeno es vital en una amplia variedad de procesos industriales
que involucran la oxidación y la combustión. Muchas industrias
utilizan oxígeno puro o gases inertes conteniendo un poco de oxígeno
como contaminante y estas aplicaciones requieren el análisis de la
concentración de oxígeno.
Los tipos principales de analizadores de oxígeno utilizados son:
-Analizadores de oxígeno que utilizan las propiedades
paramagnéticos.
- Analizadores de oxígeno que utilizan las propiedades
electroquímicas.

489#
Analizador de OAnalizador de O22 ParamagnParamagnééticotico
El Oxígeno posee una gran afinidad para un campo magnético. Esta no
común propiedad de paramagnetismo es compartida por muy pocos gases y
algunos gases incluso son repelidos por los campos magnéticos, como el
caso 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 sea
constante para medir el cambio en la concentración del gas, el diseño
termal, en que el efecto paramagnético decrece conforme aumenta la
temperatura del oxígeno y el diseño de gas-referencia, en donde dos
gases con diferente contenido de oxígeno son combinadas en un campo
magnético, generándose una diferencia de presión.
Gas Susceptibilidad
magnética
Acetileno (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
+43.0
0.0
+100.0

490#
Analizador de OAnalizador de O22 paramagnparamagnéético de deflexitico de deflexióónn
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 susceptibilidades
magnéticas del volumen del cuerpo de prueba y del gas alrededor del
mismo. Debido a que la esfera es de vidrio y se encuentra lleno de
nitrógeno, se deflexiona ligeramente lejos del punto de máxima fuerza
magnética. Cuando la muestra de gas contiene oxígeno, el oxígeno es
atraído al punto del campo en donde es máxima la fuerza magnética,
desplazando la esfera.

491#
Analizador de OAnalizador de O22 paramagnparamagnéético de deflexitico de deflexióónn
El oxígeno altamente paramagnético concentra el campo magnético y la
rotación resultante en la esfera es detectada como una función lineal de
la concentración de oxígeno. Cuando la esfera empieza a rotar, el espejo
también rota, desbalanceando la luz hacia la fotocelda. Este
desbalanceo es opuesto y casi igual a la fuerza magnético, el cual es
función 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 los
errores en la medición.

492#
Analizador de OAnalizador de O22 paramagnparamagnéético tipo ttico tipo téérmicormico
Esta compuesto de un anillo en donde se hace circular el gas con
oxígeno. El oxígeno paramagnético de la muestra es atraído por el
campo magnético hacia el tubo horizontal donde las resistencias
resistores calientan los gases. Estas resistencias están conectadas a un
puente de Wheatstone para detectar las variaciones en la resistencia.
TUBO DE
VIDRIO
SALIDA DE GAS
ENTRADA DE GAS
Al circuito
puente
Polo
magnético
Resistencias
embobinadas

493#
Analizador de OAnalizador de O22 paramagnparamagnéético tipo ttico tipo téérmicormico
El oxígeno en la muestra calentada pierde paramagnetismo, por lo que
se atrae oxígeno frío de la muestra entrante, el cual, reemplaza al
caliente, 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 que
desequilibra al puente.
Existen errores que pueden ser originados por materiales diamagnéticos
y por el cambio en la presión de la muestra.
La ventaja de este analizador es que es más resistente que el de
deflexión. Su desventaja es que se debe compensar las variaciones de
la conductividad térmica de los gases finales.

494#
Analizador de OAnalizador de O22 paramagnparamagnéético tipo dualtico tipo dual
En este tipo de analizador se tienen dos gases con diferente contenido
de oxígeno, se combinan en un campo magnético y se observa una
diferencia de presión.
El gas de referencia puede ser
100% oxígeno, nitrógeno o aire.
El gas de referencia pasa por dos
ductos, y en uno se hace pasar la
muestra de gas por un campo
magnético. Ya que ambos
conductos están conectados, la
presión produce un flujo que puede
ser medido.
Su diseño es mas robusto pero es
sensible a las vibraciones y no es
recomendable para mediciones
con cantidades pequeñas de
oxígeno.

495#
Analizador de OAnalizador de O22 electroquelectroquíímicosmicos
Se dividen en tres tipos:
a) Detectores tipo celda combustible de alta temperatura que involucra
la 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 una
reducción 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 para
manejar la reacción de reducción de oxígeno.
A continuación se analiza el tipo a, de óxido de zirconio, que es el más
utilizado.

496#
Analizador de OAnalizador de O22 electroquelectroquíímico demico de óóxidoxido
de zirconiode zirconio
La operación de estos detectores involucra una ionización del oxígeno
en una muestra y en un flujo de un gas conocido de referencia a una
temperatura alta. La celda de medición consiste de un electrolito
sólido de óxido de zirconio estabilizado en calcio con metales nobles
porosos, preferentemente platino.
La celda de medición opera en una temperatura de 800ºC. Cuando la
muestra y el gas de referencia tienen contacto con la superficie del
electrodo, el oxígeno se ioniza en iones O-2. Las concentraciones de
oxígeno en cada muestra es una función de la presión parcial del
oxígeno en la muestra, por lo que el potencial en cada electrodo
depende de la presión parcial del oxígeno en el gas.

497#
Analizador de OAnalizador de O22 electroquelectroquíímico demico de óóxido dexido de
zirconiozirconio
El electrodo de mayor potencial (mayor concentración de O2) generará
iones oxígeno, mientras que el electrodo con menor potencial
convertirá los iones en moléculas de Oxígeno. Las reacciones
ocurridas son:
O2 + 4e- 2 O-2 (al cátodo)
2 O-2 O2 + 4e- (al ánodo)
El flujo de los iones de oxígeno
a través del electrolito de
óxido de zirconio caliente
provoca una diferencia de
voltaje a través del elemento
sensor.

498#
Analizador de OAnalizador de O22 electroquelectroquíímico demico de
óóxido de zirconioxido de zirconio
El voltaje del circuito abierto se
relaciona con la presión parcial del
oxígeno con la ecuación de Nernst:
donde:
E= Voltaje desarrollado en el circuito abierto
R= Constante universal de los gases
T= Temperatura
n= Número de electrones transferidos por
molécula de oxígeno
F = Constante de Faraday
muestradegasenOparcialPresión
referenciadegasenOparcialPresión
ln
2
2
nF
RT
E =

499#
Analizador de OAnalizador de O22 electroquelectroquíímicomico
dede óóxido de zirconioxido de zirconio
La máxima concentración detectable de oxígeno en el fluido de muestra
es igual que en el de referencia.
Si la concentración en la muestra es mayor que en la de referencia, los
iones se moverán en dirección opuesta y el voltaje del circuito abierto
será de polaridad contraria.
Este detector debe ser utilizado para las aplicaciones en donde la
muestra no contenga combustible ya que a elevadas temperaturas el
material oxidable en la muestra gaseosa se combinará con oxígeno y
en consecuencia, disminuirá la concentración de oxígeno en la
muestra gaseosa, causando un error en la medición, si existen
combustibles presentes.

500
Standards
Certification
Publishing
EQUIPOS AUXILIARESEQUIPOS AUXILIARES
16, 17 y 18 de mayo del 2007

501#
El Lazo de control con elementos auxiliares
ELEMENTO
FINAL DE
CONTROL
PROCESO
ELEMENTO
PRIMARIO
DE MEDICION
CONVERTIDOR O
TRANSDUCTOR
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

502#
Transmisores
Dispositivo que detecta el valor de una variable de
proceso por medio de un elemento primario (o sensor) y
que tiene una salida estándar cuyo valor de estado
estacionario varia sólo como una función predeterminada
de la variable de proceso. El elemento primario puede o
no ser integral al transmisor.
Básicamente existen tres tipos
de transmisores: neumáticos,
electrónicos y digitales.

503#
Transmisores
0-800 “ H2O
3-15 psi
0-1000 °F
4-20 mA
0-5000 GPM
0-X Cuentas/Pulsos

504#
Transmisor neumático
FUELLES
TOBERA/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 con
tobera-palometa.
20 PSI

505#
Transmisor electrónico analógico
TRANSFORMADOR
NUCLEO MÓVIL
STRAIN GAGE
CAPACITIVO
SE
SEÑAL DE PROCESO 4-20 mA. C.D.
AJUSTES
Este transmisor construido con elementos electrónicos
analógicos (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. Su
principio de medición es por medio de un transformador con
núcleo móvil, de esfuerzo o strain gage y tipo capacitivo.
24 VCD

506#
Transmisor digital
STRAIN GAGE
CAPACITIVO
SE
4-20 mA. C.D. ó
Códigos binarios
(Protocolos
digitales)
SEÑAL DE PROCESO
CONFIGURADOR
24 VCD
Este transmisor construido con microprocesadores que puede mejorar el
rendimiento del sensor y/o accesar a comunicaciones remotas a través de
un dispositivo de interface de mano, un sistema de control o ambos.
Entrega una señal digital en algún protocolo con opción de una señal de
4-20 mA. C.D. modulada. Existen diferentes sensores en los transmisores
y uno ellos es el medidor tipo capacitivo a partir de movimientos elásticos
de un diafragma. Esta técnica es utilizada para los transmisores de
presión absoluta, manométrica y diferencial.

507#
Transmisor digital inteligente
El microprocesador mejora el rendimiento del sensor de dos formas:
Puede almacenar curvas de entrada/salida para compensar los
errores de salida del sensor originados por factores fuera del proceso
Puede llevar a cabo cálculos matemáticos que condicionan la salida
del sensor

508#
Funciones del transmisor digital inteligente
• Auto-diagnósticos
• La compensación del sensor de temperatura proporcionando una
linealización 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)

509#
Operación del transmisor inteligente
VARIABLE DE PROCESO
SENSOR
ACONDICIONAMIENTO
DE SEÑAL
ACONDICIONAMIENTO
DE SALIDA
POT DE AJUSTE
DE CERO
POT DE AJUSTE
DE SPAN
SALIDA
4-20 mA CD
TRANSMISOR ANALÓGICO
VARIABLE DE PROCESO
SENSOR MICROPROCESADOR
MEMORIA
SALIDA
4-20 mA CD
TRANSMISOR INTELIGENTE
A/D
COMUNICACIONES
DIGITALES
D/A

510#
MODULO DE
COMUNICACIÓN
MODULO DE SENSADO
Conversión de señal
analógico/digital
Sensor de
temperatura
Memoria del
módulo de sensado
• Coeficientes
de corrección
• Módulo de
información
Microprocesador:
• Sensor de
linealización
• Reranging
• Amortiguamiento
• Diagnósticos
• Ingeniería
• Comunicación
Sensor PD
Capacitivo
Presión
baja
Presión
alta
Memoria del módulo
electrónico:
• Valores de rango
• Configuración del
transmisor
Conversión de
señal D/A
Comunicaciones
digitales HART
• Bell 202
• FSK
Salida
Analógica
4-20 mA
MODULO ELECTRÓNICO
Ajustes de span
local y cero
Transmisor de presión diferencial Rosemount 3051C
Operación del transmisor inteligente

511#
Cambio del rango (“rerange”) en un transmisor
inteligente
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

512#
Transmisor Señal Precisión Ventajas Desventajas
Neumático
3 – 15 psi
0,2 – 1 bar
± 0,5 % Rapidez
Sencillo
Aire limpio, No
guardan
información,
Distancias
limitadas,
Mantenimiento
caro, Sensible a
vibraciones
Electrónico
Convencio-
nal
4 – 20 mA
c.d.
± 0,5 % Rapidez
Sensible a
vibraciones, deriva
térmica
Electrónico
Inteligente
4 – 20 mA
c.d.
± 0,2 %
Mayor precisión
Intercambiable
Estable, Confiable
Campo de medida
más amplio, Bajo
costo de
mantenimiento
Lento (para
variables rápidas
puede presentar
problemas)
Electrónico
Inteligente
Señal Digital
Digital ± 0,1 %
Mayor precisión
Más estabilidad
Confiable, sin
histéresis
Autodiagnóstico
Comunicación
bidireccional
Configuración
remota, Campo de
medida más
amplio, Bajo costo
de mantenimiento
Falta normalización
de las
comunicaciones,
No intercambiable
con otras marcas

513#
Indicador
Los indicadores muestran el valor de la variable de proceso
en unidades determinadas, en función de una señal
normalizada proveniente del transmisor.
TRANSMISOR
SEÑAL DE
PROCESO 4-20 mA. C.D.
0-30 Kg
INDICADOR
Muestra el valor
de presión con un
rango de 0-30 Kg

514#
Indicador
Indicadores neumáticos: manómetros con rango de
3-15 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 control
digital, este se da en base a software que es
configurado cuando se instala el equipo.
Rangos de 0-120 V. 4-20 mA, 0-5 A, 0-20 mA, 0-10
V.C.D. con escalas graduadas de acuerdo a las
características del transmisor, (tecnología, analógica o
digital)

515#
Registrador
Es un instrumento que indica la tendencia gráfica de las
variables de proceso.
En el caso de los registradores neumáticos se utilizan las
gráficas graduadas de acuerdo al rango del transmisor, son
del tipo circular o rollo de papel con registros múltiples.
Existen registradores electrónicos que funcionan de la misma
manera con rollos de papel.
En los sistemas de control digital, en el software se
configuran las tendencias en rango y tiempo, e inclusive
generan una base de datos histórica de los datos registrados.

517#
Convertidor
Cuando se desea realizar una medición, es necesario un
transductor o acondicionador de señal que transforme
una variable en otra, por ejemplo una variable eléctrica
en variable neumática. En términos generales un
convertidor acondiciona o convierte una señal en otra y
puede contener las siguientes etapas: Conversión de
señal, modificación del nivel de la señal, linearizar la
respuesta y si es necesario el filtrado de la señal.

518#
Tipos de convertidores
NEUMÁTICO/ELÉCTRICO
3-15 PSI a 4-20 mA
ELÉCTRICO/NEUMÁTICO
4-20 mA a 3-15 PSI
ELÉCTRICO/ ELÉCTRICO
0-500 mV a 4-20 mA
4-20 mA a 0-15 A.
0-300 ohms a 4-20 mA
0-100 Hz a 4-20 mA
TARJETAS O MÓDULOS DE
ENTRADA/SALIDA A
SISTEMAS DISTRIBUIDOS
R / mA r / DIGITAL
PSI / mA PSI / DIGITAL
mV / mA mV / DIGITAL
mV / V DIGITAL / PSI
R / V r / DIGITAL
PSI / V mA / PSIL

519#
Convertidor electroneumático
(4-20 mA. CD a 3-15 PSIG)

520#
Interruptor
Un interruptor es un dispositivo que conecta, desconecta o
transfiere uno o más circuitos, y que no es un controlador, y
el caso mas común es un relevador. EI interruptor es un
dispositivo que mide la variable y opera (abre o cierra un
contacto) cuando se alcanza un valor predeterminado,
previamente calibrado.
INTERRUPTOR
SEÑAL DE PROCESO
1 o 0
Abierto o cerrado
AJUSTE DE
PUNTO DE DISPARO

521#
Interruptor
Ejemplo: interruptores de temperatura que actúan como
elementos de seguridad para el paro automático de la
Planta, cuando se tiene una alta temperatura.

522#
Interruptores en circuitos de protección
Los interruptores
juegan un papel
importante ya
que
generalmente
los interruptores
van asociados a
los sistemas de
alarmas y de
paro de planta.

523#
Alarmas
• Es una función de la
interfase de operador que
permite detectar y reportar
anormalidades en el
proceso
• Estas pueden ser visuales
y/o audibles
Tan solo avisandole al operador...

524#
Totalizadores
Instrumento cuya función es totalizar las señales de flujo
instantaneo de fluidos en períodos de tiempo
preestablecidos.

525#
Buses de campo
Un bus de campo es un término genérico que describe un
conjunto de redes de comunicación para uso industrial cuyo
objetivo es sustituir las conexiones punto a punto entre los
elementos de campo y el sistema de control a través del
tradicional lazo de 4-20 mA.
El objetivo es reemplazar los sistemas de control centralizados
por redes para control distribuidos con el fin de mejorar la calidad
del producto, reducir costos y mejorar la eficiencia del sistema.

526#
Buses de campo
Típicamente son redes digitales, bidireccionales, multipunto
montadas sobre un bus serie. Cada dispositivo de campo
conectado incorpora cierta capacidad de proceso, que lo convierte
en un dispositivo inteligente, tratando de mantener un costo bajo,
la cual es su principal ventaja con la reducción de cableado y su
comunicación digital.
INTERFACE
Hasta 15 dispositivos

527#
Buses de campo
Cada uno de estos elementos es capaz de ejecutar funciones
simples de autodiagnóstico, control o mantenimiento, así como
comunicarse bidireccionalmente a través del bus.
La señal aloja tanto a la variable de medición y a la señal de
control además de que puede proporcionar información adicional,
como por ejemplo:
- Mediciones secundarias
- Parámetros de Proceso
- Configuración del Dispositivo
- Calibración
- Diagnósticos
- Identificación o Tag

528#
Buses de campo
COMANDOS PRÁCTICOS
Lectura de variables
Cambio de rango
Ajuste de cero y span
Autoprueba de inicialización
Número de serie
Valores de constantes de tiempo
COMANDOS ESPECIFICOS
Funciones específicas del modelo
Opciones de calibración especial
Paro, arranque o inicialización
Selección del elemento primario
Habilitar el PID
Cambiar el punto de ajuste SP
Ajuste de parámetros de sintonía
Cali
bra
dor

529#
Tipos de buses de campo
Debido a la falta de normas, algunas compañías han desarrollado
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.

530#
Buses de altas velocidad y baja funcionalidad
Están diseñados para integrar dispositivos simples como finales
de carrera, fotoceldas, relevadores y actuadores simples,
funcionando en tiempo real y agrupados en una pequeña zona
de 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 basado
en CAN.
ASI: Bus serie diseñado por Siemens para la integración de
sensores y actuadores.

531#
Buses de alta velocidad y funcionalidad media
Se basan en el diseño de una capa de enlace para el envío
eficiente de bloques de datos de tamaño medio, permitiendo al
dispositivo 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.

532#
Buses de altas características
Son capaces de soportar comunicaciones a nivel planta industrial.
Aunque se basan en buses de alta velocidad, algunas
presentan problemas debido a la sobrecarga excesiva para
alcanzar las características funcionales y de seguridad que les
exigen. Algunos ejemplos son:
- Profibus
- FIP
- Fieldbus Foundation

533#
Protocolo Hart
El protocolo HART es uno de los primeros protocolos
implementados y permite la comunicación bi-direccional con
instrumentos 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 Hz
Edo. Logico “1” “0”
COMUNICACIÓN ANALOGICA + DIGITAL SIMULTANEA

534#
Comunicación analógica + digital
SEÑAL ANALOGICA
20 mA
4 mA
SEÑAL DIGITAL
tiempo
“1”
“1” “1”
“1” “1”
“0” “0”
“0”
“0”

535#
Protocolo HART (Highway Addressable Remote
Transducer)
Esta tecnología va creciendo rápidamente a tal grado de que
prácticamente todos los fabricantes ofrecen transmisores con
tecnología HART y garantizan ahorros sustanciales, tanto en
instalación y puesta en marcha como durante la vida útil del
equipo por concepto de mantenimiento y operación.
INTERFACE
HART
Configuración y
diagnóstico remoto
4 20
COMUNICACIÓN
ANALÓGICA + DIGITAL
4 a 20 mA
HART
2 actualizaciones por
segundo (posición de la
válvula, transmisores, etc)
Calibrador

536#
Transmisor como controlador
El transmisor HART tiene internamente una opción de
actuar como controlador. El dispositivo se configura de tal
manera que el lazo de 4-20 mA es proporcional a la salida
del algoritmo de control PID para mandar una señal sobre
la válvula de control.

537#
Bus de campo Modbus
Modbus (1979) es un protocolo que trabaja en la capa de aplicación
nivel 7 del modelo OSI que proporciona comunicación cliente servidor
entre dispositivos conectados en diferentes tipos de buses o redes.
Modbus es un protocolo de petición/respuesta y comúnmente se utiliza
en:
- 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.

538#
Bus de campo Modbus
Modbus permite una fácil comunicación con diferentes tipos de
arquitecturas de red:
HMI Interface Máquina-Humano
MB Protocolo Modbus
PLC Controlador Lógico Programable
I/O Entrada/Salida

539#
Bus de campo Fieldbus
Foundation Fieldbus es una arquitectura total y abierta para la
integración de información que funciona bajo un sistema de
comunicación digital bidireccional serie.
- El bus H1, con una velocidad de 31.25 kbits/s, interconecta equipos
de campo como, sensores, actuadores y dispositivos de E/S.
- El bus HSE, con una velocidad de 100 Mbit/s, sirve para la
integración 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.

541#
Ventajas de Fieldbus
- Incrementa la capacidad debido a la comunicación digital completa.
- Reduce el número de alambrado y de tableros de conexión.
- 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.

544#
Bus de campo Profibus
La base del especificación del estándar Profibus fue un proyecto de
investigación (1987-1990) llevado a cabo por: ABB, AEG, Bosch,
Honeywell, Moeller, Landis & Gyr, Phoenix Contact, Rheinmetall, RMP,
Sauter-cumulus, Schleicher, Siemens y cinco institutos alemanes de
investigación.
El resultado de este proyecto fue el primer borrador de la norma DIN
19245 (DIN= Deutsches Institut für Normung e.V. “Instituto alemán de
normas”), 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 bus
con más futuro en el campo de los procesos industriales.

545#
Bus de campo Profibus
Este bus soporta una gran variedad de equipos que van desde PC´s y
PLC´s hasta robots, pasando por todo tipo de elementos de campo, la
mayoría de las aplicaciones industriales. Profibus ofrece tres
opciones: FMS, DP y PA.

546#
Instalación de instrumentos en áreas peligrosas
• Clasificación de área peligrosa
– NEC, clase, division, grupo
• 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

547#
Clasificación de área peligrosa
Las áreas peligrosas deben ser clasificadas por alguien que esté
familiarizado con la clasificación de áreas peligrosas y el área a ser
clasificada.
La National Electrical Code (NEC), patrocinada por la National Fire
Protection Association (NFPA), presenta un conjunto de normas que
son ampliamente utilizadas en requerimientos de seguridad. Incluye
un sistema de clasificación que consiste de tres partes para áreas
peligrosas donde los materiales flamables podrían ocasionar problema
y son:
Clase
Grupo
División

548#
Denominaciones de clase
• Clase I
– Lugares donde los gases flamables o vapores están o pueden estar presentes en el
aire en cantidades suficientes como para producir una explosión o una mezcla de
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 de
pulverización de carbón)
• Clase III
– Lugares donde el material peligroso consiste de fibras que ardan fácilmente o filings
que no están normalmente en suspensión en el aire en cantidades que produzcan
mezclas de ignición (aserraderos e instalaciones de manufactura de fibras)

549#
Clase I.- Designaciones de grupo
La designación de grupo define el material peligroso. Un factor en la
designación de grupo es el límite explosivo del gas. Cuando el límite se
vuelve más estrecho, el gas es situado en una clase menor.
Grupo A
Acetileno
Grupo B
Butadieno, etileno oxido, propilen oxido, hidrógeno (y gases o
vapores de peligrosidad equivalente)
Grupo C
Ciclopropano, eter etílico, etileno, hidrógeno sulfide (y gases o
vapores de peligrosidad equivalente)
Grupo D
Acetona, alcohol, amoniaco, benzeno, butano, propilene, gasolina,
metano, gas natural (y gases o vapores de peligrosidad
equivalente)

550#
Clase II.- Designaciones de grupo
• Grupo E
– Polvos de metal combustible sin tomar en cuenta la resistividad u otros
polvos combustibles de peligrosidad similar (magnesio, aluminio, bronce
polvos, etc.)
• Grupo F
– Carbón black, carbón vegetal, carbón, o polvos de coque que tienen un
total de más de 8 % de material volatil
• Grupo G
– Polvos de combustible (arina, fécula, azúcar pulverizada y cacao, heno
seco, etc.)

551#
Designaciones de división
La designación de división define la probabilidad y el punto en el que
la mezcla inflamable o combustible existirá en el área en cualquier
momento:
División 1
La mezcla flamable o combustible existe bajo condiciones
normales (durante las actividades regulares de mantenimiento,
liberación de químicos que ocurres regularmente, etc.)
División 2
La mezcla flamable o combustible existe bajo condiciones
anormales (mal funcionamiento, ruptura de tubería, fugas en el
equipo, etc.)

552#
Ejercicio de práctica: Clasificación
PLANTA DE POLIPROPILENO
Area de proceso
Gas propileno en concentración
flamable todo el tiempo
Area de terminaciónPolvos de polipropileno transportado
Solo bajo condiciones anormales

553#
• ISA-12.1-1991
– Definiciones e información perteneciente a instrumentos eléctricos en lugares
peligrosos (clasificados)
• 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 de
control de seguridad intrínseca
• ISA-RP12.4-1996
– Recintos presurizados
Normas ISA aplicables

554#
Normas ISA aplicables
• ANSI/ISA-RP12.6-1995
– Prácticas de cableado para lugares de instrumentación peligrosos (clasificados)
- 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

555#
Componentes de fuego y explosión
CO
M
BUSTIBLE
FUENTE
DE
IGNICIÓN
OXIGENO
Para reducir el peligro, eliminar el combustible, el
oxidante o la fuente de ignición
Para que ocurra el fuego o explosión,
el triángulo debe ser completado

556#
Técnicas de protección
• Confinamiento de la explosión
– Prueba de explosión
• Aislamiento de la fuente de energía
– Presurización
– Purga
• Limitación de la liberación de energía
– Seguridad intrínseca
– Equipo contra-incendio

557#
Confinamiento de la explosión
CLASE I ATMÓSFERA PELIGROSA
RECINTO A PRUEBA
DE EXPLOSION

558#
Recintos presurizados
ATMÓSFERA
PELIGROSA
PRESIÓN
MAS ALTA
Presurización: Técnica de proteger contra el ingreso de una atmósfera externa
dentro de un recinto manteniendo un GAS PROTECTOR allí dentro, a una presión
por arriba de la presión de la atmósfera externa
Purga: En un recinto presurizado, la operación de pasar una cantidad de
GAS PROTECTOR a través del recinto y ductos, para que la concentración de la
atmósfera de gas explosivo sea traido a un nivel seguro.

559#
Seguridad intrínseca
*
*
*
I.S. TRANSMISOR
S.I.
SENSOR
S.I.
SENSOR
S.I.
SENSOR
I.S. TRANSMISOR
TRANSMISOR
S.I.
BARRERAS
SELLOS
SELLO
SELLO
CONDUCTO
A PRUEBA DE
EXPLOSION
RECINTO A PRUEBA
DE EXPLOSIÓN
CONDUCTO U
OTRO
RECINTO
CONDUCTO
U OTRO
RECINTO
S.I.
BARRERAS
EQUIPO DEL
CUARTO DE
CONTROL
Aparatos
ASOCIADOS
EQUIPO DEL
CUARTO DE
CONTROL
LUGAR PELIGROSO (CLASIFICADO) LUGAR NO PELIGROSO

560#
Barrera segura intrínsecamente
AREA PELIGROSA AREA PELIGROSA
VOLTAGE
DE ENTRADA
FUSIBLE
DIODOS
ZENER
TIERRA INTRINSECAMENTE
SEGURA
RESISTENCIA
LIMITADORA DE CORRIENTE
DISPOSITIVO
DE CAMPO

561
Standards
Certification
Publishing
ELEMENTOS FINALES DE CONTROLELEMENTOS FINALES DE CONTROL
16, 17 y 18 de mayo del 2007

562#
Es como su nombre lo indica, el último componente de un
lazo de control.
Elemento final de control
ELEMENTO
FINAL DE
CONTROL
PROCESO
ELEMENTO
PRIMARIO
DE MEDICION
CONVERTIDOR O
TRANSDUCTOR
TRANSMISOR
PERTURBACIONES
PUNTO DE AJUSTE
VARIABLE
CONTROLADA
VARIABLE
MANIPULADA
CONTROLADOR
m(t)
c(t)
d(t)
e(t)=R(t)-c(t)
R(t)

563#
En conjunto con el actuador que lo opera, recibe señales
del sistema de control para modificar el flujo de masa o
energía al proceso. Los elementos finales de control más
comunes son:
Elemento final de control
- Válvulas de Control.
- Reguladores de energía eléctrica.
- Reguladores de velocidad.
- Bombas y alimentadores.
De todos estos tipos, las válvulas de control representan
un 95% o más de todas las aplicaciones en que
interviene un elemento final de control.

564#
Válvulas de control
Una válvula de control interactúa directamente sobre las
corrientes del proceso con la finalidad de absorber una
cantidad adecuada de caída de presión para así mantener
al sistema total en balance bajo todas las condiciones de
operación. Mediante la regulación de caídas de presión
se logra el control inferencial de flujo, nivel, presión,
temperatura, p.H., es decir todas las variables vistas
anteriormente de ahí su importancia. Su aplicación ha
avanzado desde sus comienzos en los 30´s, a ser un arte
en los 50´s y casi una ciencia en los 70´s. La selección de
la válvula adecuada requiere la consideración de muchos
factores, para cubrir las demandas del proceso en lo
referente a características de control y confiabilidad
mecánica.

565#
Válvulas de control
SIGNAL FROM
CONTROLLER
ASIENTO
OBTURADOR
VASTAGO
DIAPHRAGM
ACTUADOR
CUERPO
FLUJO
MANIPULADO
SEÑAL DEL
CONTROLADOR
DIAFRAGMA

566#
Ensamble de una
válvula de control
ATC

567#
Características de control
Se refiere a la verificación del flujo que pasa a través de
una válvula como una función del viaje del tapón de la
válvula y cubre dos casos; el primero, cuando se
considera a la válvula como un elemento aislado y a este
comportamiento se le conoce como característica
inherente, ésta dependerá únicamente del diseño de los
interiores de la válvula, los principales tipos de
características inherentes son:
- Abertura rápida
- Lineal
- Parabólica modificada
- Mariposa y bola caracterizada
- Igual porcentaje

568#
Característica inherente de la válvula de control

569#
Característica de la válvula de control
Tapón curveado
APERTURA RAPIDA
LINEAL
MODIFICADO %
IGUAL %

570#
Características instaladas de la válvula de
control
El segundo Cuando la válvula ha sido instalada, su
comportamiento cambiará, de acuerdo con el sistema y al
porcentaje de caída de presión de la válvula con respecto
a la caída de presión total del sistema.
Ahora esta característica se conoce como instalada y es
la que definirá el comportamiento de la válvula en el
sistema. Si los cambios en la carga son poco
apreciables, la selección de la característica de la válvula
es de poca importancia debido a que las variaciones en el
punto de control serán pequeñas. Pero cuando grandes
variaciones en la presión y en la carga ocurran, que es lo
más común, se requerirán respuestas rápidas de la
válvula, siendo esta respuesta función de la característica
inherente de la válvula

571#
Válvula de control Lineal
La relación entre la abertura de la válvula y el flujo a caída
de presión constante es una línea recta. Son usadas en
las siguientes aplicaciones:
- En procesos lentos.
- Cuando más del cuarenta por ciento de la caída de
presión 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 de
nivel.

572#
Válvula de control de igual porcentaje
En este caso la relación es exponencial. La principal
propiedad de esta característica es que a igual incremento
en el movimiento del vástago de la válvula, producirá un
cambio de igual porcentaje en el flujo a caída de presión
constante, basado en el flujo antes que el cambio sea
hecho. Se utiliza en:
- En procesos rápidos.
- Cuando alta rangeabilidad es requerida.
- Cuando la dinámica del proceso no sea bien conocida.
-

573#
- En cambiadores de calor cuando un incremento en el
flujo del producto, requiere mucho mayor incremento en el
medio de enfriamiento o calentamiento.
- Para cierre rápido.
Como primera alternativa en aplicaciones de control de
flujo y Presión.

574#
Una válvula con característica de igual porcentaje pierde
su característica inherente a medida que esta absorba
menos de la caída de presión dinámica del sistema,
tendiendo hacia la característica lineal. Ésta es aún la
mejor elección cuando la dinámica del sistema no es bien
conocida, para esto mantiene una característica deseable
de control sobre un amplio rango de las caídas de presión
dinámicas. Tiene también amplia rangeabilidad, la cual es
deseable cuando las cargas del sistema no son bien
conocidas.

575#
Válvula de control de abertura rápida
No es común asignarle una definición matemática a esta
característica. Su comportamiento es aproximadamente
lineal en un 25% del viaje del tapón desde que éste se
encuentra cerrado, y en este intervalo se maneja del 60%
al 70% del flujo total. Si se usa en este rango se puede
considerar como lineal, su uso fuera del mismo es raro
excepto en servicio abierto-cerrado. Son usadas en:
- Control de dos posiciones.
- Cuando la máxima capacidad de la válvula debe ser
obtenida rápidamente.

576#
Consideraciones mecánicas de una válvula de
control
Las consideraciones mecánicas de una válvula de control
se basan en la construcción física de la misma, que consta
de dos partes: cuerpo y actuador.
El cuerpo es la parte de la válvula de control que maneja
el fluido de proceso. Cuando éste se encuentra
adecuadamente operado por un actuador, modulará el
flujo del fluido del proceso para ayudar a regular la
presión, flujo, temperatura, nivel o alguna otra variable, en
un sistema de control en particular. El ensamble del
cuerpo de la válvula consiste en un cuerpo resistente a la
presión, un bonete o ensamble de cierre superior y los
interiores.

577#
Cuerpo de la válvula de control
Generalmente el estilo y forma de la válvula depende del
tipo de interiores que ésta contiene, además de los
requerimientos de conexiones que necesita la tubería en
particular.
Debido a las crecientes necesidades de los procesos se
han desarrollado una extensa variedad de tipos de
cuerpos de válvulas de control, sin embargo, con tres tipos
de válvulas se puede satisfacer prácticamente la mayoría
de las aplicaciones normales de control: bola, mariposa y
globo. Aunque existen otros tipos como: tapón, diafragma,
compuerta y solenoide.

578#
Válvula de control tipo Bola
El diseño básico de estas válvulas no fue pensado para
control, debido a que el flujo crítico se da cuando la caída
de presión a través de éstas alcanza el 15% de la presión
de entrada contra el 50% normal en otros diseños, lo que
origina problemas de inestabilidad como cavitación,
flasheo o ruido, en condiciones
que en otro tipo de válvulas no
ocurrirían, por lo que su uso es
en servicios on-off

579#

580#
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.
Buenas características de control. No es recomendable para servicios
de alta caída de presión.
Alta rangeabiliad.
Bajo costo. Necesita actuadores poderosos.
Maneja fluidos fibrosos, viscosos y
lodos.
Mantenimiento difícil, por necesitar
removerse de la tubería.

581#
Válvula de control tipo Mariposa
Este tipo de válvulas es probablemente uno de los diseños
más antiguos aún en uso, originalmente fue usada en
muchos de los primeros hornos de tiro natural, el regulador
de tiro usado en las estufas de cocinas antiguas es una
válvula de mariposa. Esta válvula fue ampliamente
aceptada solo a partir de los 20´s, y es a partir de entonces
cuando su diseño original ha experimentado grandes
variaciones y mejoras hasta llegar a ser un dispositivo de
control confiable, capaz de producir altas caídas de presión
y asegurar cierre firme, además, sus características de
auto limpieza y su patrón de flujo lineal son adecuados
para algunos servicios sólidos-líquidos.

582#
Su operación consiste en la rotación de un disco usualmente
90º, lo que hace variar el área entre las paredes del cuerpo
y el disco, lo que originará una regulación del flujo a través
de la válvula

583#

584#
Altas capacidades, para un tamaño
dado.
Económicas, especialmente en
tamaños grandes.
Caracterizada por tener alta
recuperación de presión.
No permite la formación de
sedimentos, adecuada para lodos.
Requiere un espacio mínimo para su
instalación.
Fácilmente disponibles en tamaños
grandes
Pocas partes para dar mantenimiento
Los torques operacionales pueden ser
altos, haciendo necesarios actuadores
grandes si la válvula es grande o la caída
de presión es alta. (si no usa diseños
especiales de bajo torque).
El cierre depende del uso de asientos
resilientes los que están limitados por la
temperatura.
La acción reguladora, en algunos diseños
es limitada a un viaje de 60º.
Rangeabilidad limitada
V E N T A J A S L I M I T A C I O N E S

585#
Válvula de control tipo globo
Bajo esta denominación se encuentra cubierto un número de
diseños que permiten como características común la forma de
globo en todos estos. Este tipo de válvulas son las más
comúnmente usadas y cuando el término válvula de control se
menciona, normalmente se piensa en una válvula tipo globo. La
forma en que estas válvulas logran la acción de control, es:

586#
Tipos de válvulas de control tipo globo
Válvulas de puerto sencillo.
Válvulas de puerto doble.
Válvulas de caja.
Válvulas de ángulo.
Válvulas de tres vías.

587#
Tipos de válvulas de control tipo globo
VALVULA DE GLOBO
DE PUERTO SIMPLE
VALVULA DE GLOBO
DE PUERTO DOBLE

588#
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 válvulas
son de uso extenso y se puede
considerar que intervienen en la
inmensa mayoría de las
aplicaciones que requiere una
válvula de control. Proporcionan
cierre hermético, pero debido a
deficiencias en el diseño de tapón,
este estará sujeto a fuerzas de
desbalance por lo que se deben
usar actuadores de mayor poder.

589#
Válvulas tipo globo de puerto doble
Estas reducen hasta en un 70% la magnitud de las fuerzas
de desbalance, debido a que las fuerzas de desbalance
entre el tapón superior tienden a compensarse. La principal
desventaja de este diseño es la de no poder proporcionar
cierre hermético debido a deficiencias en el maquinado de
los interiores.
Esta es el mejor modelo de válvula
anticaviatación disponible ya que
disminuye alrededor del 98% de la
presión corriente arriba en algunos
casos sin cavitación. Su uso ha
sido desplazado por su alto costo,
gran tamaño y baja recuperación de
presión.

590#
Válvulas tipo globo de caja
Esta usa un pistón que hace las
veces de tapón, rodeado por una
caja cilíndrica que a la vez de
sostener el anillo del asiento
define la característica de la
válvula, permite mayores caídas
de presión sin causar mayor
inestabilidad. Su principal
ventaja es su facilidad de
mantenimiento, y su principal
desventaja es que sólo puede
proporcionar cierre hermético
con diseños especiales, lo que
eleva el costo de la válvula.

591#
Válvulas de globo tipo ángulo
Aunque su uso es poco común, su
diseño las hace adecuadas en
servicios con alta caída de presión,
en aplicaciones en las que haya de
cubrir requerimientos especiales de
arreglos de tuberías, para servicios
que requieran autodrenaje o para
servicios erosivos en donde el
choque con partículas sólidas debe
ser evitado. Son utilizadas con
frecuencia en sistemas de control
de presión y nivel, donde el
espacio es reducido.

592#
Otros tipos de válvulas
VALVULA TIPO Y
PUERTO A
PUERTO B
FUENTE
VALVULA DE TRES POSICIONES (VALVULA DE DESVIO)
Una válvula de tres posiciones se utiliza para desviar
(dividir) el flujo. Algunas requieren actuadores poderosos
por las fuerzas no balanceadas que actúan en el
obturador.

593#
Dimensionamiento de una válvula
Al seleccionar una válvula se debe tener cuidado en:
Datos de la aplicación:
Velocidad máxima y mínima del flujo
Caída de presión
Temperatura del fluido
Datos del fluido
Nombre del fluido
Fase (gas, líquido)
Densidad (gravedad especifica, peso especifico, peso molecular)
Viscosidad (líquidos)
Presión de vapor (gases)
Influencia de la tubería
Presencia de reductores u otras perturbaciones

594#
Dimensionamiento de una válvula
Influencia del sistema
Dinámica del control (Es el sobredimensionamiento importante)
Factor económico
Seguridad
Estilo de la válvula (basada en aplicación)
Capacidad
resistencia a la erosión y corrosión
Cálculos del dimensionamiento
Coeficientes del tamaño
Formulas de selección

595#
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 que
pasan a través de la válvula con una caída de presión de
una lb/pulg2 a 60ºF, es función de su diseño y del
diámetro del puerto de la válvula. Esta capacidad variará
mucho de diseño a diseño y en caso extremos de flujo
máximo y mínimo alguno de estos diseños será incapaz
de manejarlos, la válvula de mariposa y la de bola
caracterizada son capaces de manejar eficientemente
flujos altos, mientras que una válvula de globo que
manejará estos mismos flujos generalmente es muy
voluminosa y pesada en comparación a las anteriores.

596#
Es la relación entre el flujo máximo y el flujo mínimo
controlable, donde controlable implica que la desviación no
exceda ciertos límites establecidos a partir de su
característica inherente de flujo y es importante cuando:
- Indica el punto en que la válvula actuará como un
dispositivo abierto-cerrado o pierde control completamente
debido a fugas.
- Establece el punto en el que la característica de empuje
ascendente 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 que
mejores características de rangeabilidad ofrecen.
Rangeabilidad de una Válvula de control

597#
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 psi
Velocidad de flujo mínima : 40 gpm
ΔP a flujo mínimo: 25 psi
Sabiendo que su ecuación es:
P
G
qcv
Δ
=
87
10
2.1
250 ==vc
7.8
25
2.1
40)minimo( ==vc
Rangeabilidad 10:1

598#
Recomendación…
Existen muchos factores para seleccionar una válvula, el ejemplo anterior, solo
aplica a líquidos incompresibles y con un numero de Reynolds mayor a 500, si
se desea conocer más técnicas se recomienda el
“ISA Handbook of control Valves” o
“ISA standard S39.4”

599#
Cantidad
de flujo
que pasa
a través
de una
válvula
completa-
mente
cerrada
Fugas en una Válvula de control

600#
CARACTERÍSTICAS TIPO GLOBO TIPO MARIPOSA TIPO BOLA
CARACTERIZAD
A
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 Criogénicas
Hasta 650º C
Criogénicas
Hasta 1000º C
Criogénicas hasta
500 ºC
MÁXIMA CAIDA DE
PRESIÓN
70-210Kg/cm² 70 20
RANGEABILIDAD 35:1 100:1 300:1
CARACTERÍSTICAS DE
FLUJO
Igual porcentaje, apertura
rápida, lineal.
Igual porcentaje. Igual porcentaje.
CAPACIDADES DE FLUJO
NO CRÍTICO
13d² 20d² A60º, 45d² 30d²
CRITICO 10 d² 12d² A60º, 20d²
A90º
15d²
FUGAS Puerto sencillo (metal):
Clase IV
Puerto sencillo (suave):
Clase VI
Interiores balanceados
(metal): Clase II
Interiores Balanceados
(suaves):
Clase V.
Revestidos: Menos
de 1 burbu No
revestidos hasta 5%
cap. Max.
Sellos suave: mejor
Clase V
Sellos metálicos:
Clase IV.
SERVICIO Líquidos limpios, sucios
gases y vapores.
Líquidos limpios,
viscosos, gases y
vapores.
Líquidos limpios,
suaves, viscosos,
gases, vapores y
lodos fibrosos.

601#
Actuadores
Las válvulas pueden ser accionadas neumáticamente,
eléctricamente o hidráulicamente. El actuador neumático es
el más ampliamente utilizado. Es simple, barato, no tiene
fricción y su velocidad es limitada sólo por el índice con el
cuál el aire puede ser mandado al actuador y retirado del
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 proporcionan
una operación de falla segura por diseño, algunos
actuadores de pistón requieren accesorios para
proporcionar operación de falla segura.

602#
Actuadores
SEÑAL DEL
CONTROLADOR
VASTAGO
DIAFRAGMA
ACTUADOR
CUERPO
RESORTE
PLACA
DIAFRAGMA

603#
Incremento
(aire para cerrar)
Decremento
(aire para abrir)
Acciones de los actuadores

604#
Posicionadores
La función de un posicionador de válvula es sensar la señal del
instrumento y la posición del vástago de la válvula y asegurar
que la válvula se mueve en la posición correcta de acuerdo a la
señal del controlador. Se considera como un controlador de lazo
cerrado que tiene a la señal del instrumento como la entrada, el
suministro de aire como la salida al actuador y retroalimentación
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 con
un recipiente de diafragma con resorte puede regular sin él.

605#
SEÑAL DE INSTRUMENTO POSICIONADOR
POSICIÓN DEL VÁSTAGO
DE LA VÁLVULA
ACTUADOR
CUERPO
SUMINISTRO
DE AIRE
Posicionadores

606#
Posicionador tipo Movimiento-Equilibrio
ACTUADOR
CONEXIÓN
SUMINISTRO
SALIDA
RELAY
ENTRADA
FUELLE
BOQUILLA
INDICADOR

607#
Otros elementos finales de control
• Variadores de velocidad
• Servomotores
• Bombas

609#
Los convertidores de frecuencia son ideales para múltiples
aplicaciones de accionamiento de velocidad variable, como
bombas, ventiladores y sistemas de transporte (por
ejemplo, bandas transportadoras), entre otras.
Aplicaciones de los variadores de velocidad

610#
1. Control basado en PWM o relación V/F
2. Tecnología basada en dispositivos de estado solido (IGBT)
3. Microprocesador de control digital
4. 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 red
6. Controlador PI para control simple de procesos
7. Aceleración/desaceleración programable de 0 s hasta 650 s
8. Suavizado de rampa de aceleración/desaceleración
9. Límite de corriente rápido (FCL) para operación libre de fallas
10. Tiempo de respuesta de las entradas digitales rápido y repetitivo
11. Ajuste fino de velocidad utilizando una entrada analógica de 10-bits
Características de los variadores de velocidad

611#
Servomotores
Los servos son un tipo especial de motor que se caracterizan por su
capacidad para posicionarse de forma inmediata en cualquier posición
dentro de su rango de operación. Para ello, el servo espera un tren de
pulsos que corresponden con el movimiento a realizar.
Están generalmente formados por un amplificador, un motor, la reducción
de engranaje y la retroalimentación, todo en un misma caja de
pequeñas dimensiones. El resultado es un servo de posición con un
margen de operación de 180° o 360º .

612#
Servomotores
Disponen de tres conexiones electricas: Vcc (roja), GND(negra) y entrada de
control (amarilla). Estos colores de identificación y el orden de las conexiones
dependen del fabricante del servo. Es importante identificar las conexiones ya
que un voltaje de polaridad contraria podría dañar el servo.

613#
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 pulso
indica el ángulo de giro del motor. Cada servo tiene sus márgenes de
operación, que se corresponden con el ancho del pulso máximo y mínimo
que el servo entiende. Los valores más generales corresponde con
valores 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 del
pulso lo dejan en posiciones intermedias. Estos valores suelen ser los
recomendados, sin embargo, es posible emplear pulsos menores de 1 ms
o mayores de 2 ms, pudiéndose conseguir ángulos mayores de 180°.

614#
Si se sobrepasan los límites de movimiento del servo, éste comenzará a
emitir un zumbido, indicando que se debe cambiar la longitud del pulso.

615#
El periodo entre pulso y pulso no es crítico, e incluso puede ser distinto
entre uno y otro pulso. Se suelen emplear valores entre 10 ms y 30 ms. Si
el intervalo entre pulso y pulso es inferior al mínimo, puede interferir con la
temporización interna del servo, causando un zumbido, y la vibración del
brazo de salida. Si es mayor que el máximo, entonces el servo pasará a
estado dormido, entre pulsos. Esto provoca que se mueva con intervalos
pequeños.
Es importante destacar que para que un servo se mantenga en la misma
posición durante un cierto tiempo, es necesario enviarle continuamente el
pulso correspondiente. Si se deja de enviar pulsos (o el intervalo entre
pulsos es mayor del máximo) entonces el servo perderá fuerza y dejará de
intentar mantener su posición, de modo que cualquier fuerza externa
podría desplazarlo.

616
Standards
Certification
Publishing
INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓN AL CONTROLN AL CONTROL
AUTOMAUTOMÁÁTICOTICO
16, 17 y 18 de mayo del 2007

617#
INTRODUCCIÓN
CONTROL.- Acción o conjunto de acciones
que buscan conformar una magnitud variable,
o conjunto de magnitudes variables , en un
patrón determinado.

618#
CONTROL CLASICO
CONTROL MODERNO
CONTROL ROBUSTO
CONTROL PREDICTIVO
CONTROL OPTIMO
HARDWARE
CONTROL
INDUSTRIAL
DE EQUIPOS Y
PROCESOS
CONTROL AVANZADO
CONTROL INTELIGENTE
PROPORCIONAL
INTEGRAL
DERIVARTIVO
LOGICA DIFUSA
REDES NEURONALES
ALGORITMOS GENETICOS
SOFTWARE
CONTROL DISTRIBUIDO
REDES DE COMUNICACION
CONTROL DIGITAL UNITARIO
SISTEMAS MINIMOS
SCADA
LAZOS UNITARIOS
TODO-NADA
REGULATORIO
SERVO
INTRODUCCIÓN

619#
JERARQUÍA DE CONTROL
OPTIMIZACIÓN
PROCESO
CONTROLES DE SEGURIDAD
CONTROL REGULATORIO AVANZADO
Relación, Cascada, Prealimentación
CONTROL REGULATORIO BASICO
Retroalimentación
TECNICAS DE CONTROL

620#
ELEMENTO
FINAL DE
CONTROL
PROCESO
ELEMENTO
PRIMARIO
DE MEDICION
CONVERTIDOR O
TRANSDUCTOR
TRANSMISOR
PERTURBACIONES
PUNTO DE AJUSTE
VARIABLE VARIABLE
CONTROLADA
MANIPULADA
CONTROLADOR
d(t)
Sensor
Actuador
Señal normalizada Señal normalizada
TERMINOLOGÍA DE CONTROL AUTOMÁTICO

621#
TERMINOLOGÍA DE CONTROL AUTOMÁTICO
• Sistema de control
• Lazo abierto
• Control retroalimentado
• Lazo cerrado
• Señal normalizada
• Transmisor
• Sensor
• Variable controlada
• Actuador
• Variable manipulada
• Controlador
• Valor de referencia (SP)
• Error
• Perturbación
• Estabilidad
• Algoritmo
• Sintonización
• Constante de tiempo
• Ganancia del proceso

622#
SISTEMAS DE CONTROL.- Arreglo de dispositivos cuya
finalidad es mantener un proceso dado, dentro de un patrón
de comportamiento predeterminado.
LAZO ABIERTO es aquella en los que la decisión y la
acción, se realiza con la intervención del elemento
humano

623#
ENTRADA
SALIDA
GAS COMBUSTIBLE
CIRCUITO DE CONTROL ABIERTO
CARACTERISTICAS DEL CIRCUITO
DE 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.
NO SE PUEDEN COMPENSAR TODAS
LAS PERTURBACIONES.

624#
LAZO CERRADO
EN LOS CIRCUITO CERRADOS TODAS LAS ETAPAS
NECESARIAS PARA EL CONTROL, SON
REALIZADAS POR DISPOSITIVOS Y EL ELEMENTO
HUMANO SOLO SUPERVISA SU FUNCIONAMIENTO

625#
SE AUMENTA LA EXACTITUD DEL
CONTROL.
SE REDUCEN LOS EFECTOS DE LAS
PERTURBACIONES.
ES MAS ESTABLE QUE EL CONTROL
PREALIMENTADO.
ES EL MAS CONOCIDO Y USADO.
LAS PERTURBACIONES SOLO SE
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
CARACTERISTICAS DEL CIRCUITO DE CONTROL
RETROALIMENTADO
TIC
213
VAPOR
DEL REACTOR
ALIMENTACIÓN
V-213 CONDENSADO
AL REACTOR
TE
213
TY
213
I
P
TV
213
213
TT

626#
UNA VARIABLE CONTROLADA ES UNA MAGNITUD O CONDICION DEL
PROCESO OBJETO DEL CONTROL, LA CUAL ES DIRECTAMENTE
MEDIDA Y CONTROLADA.
UNA VARIABLE MANIPULADA ES UNA VARIABLE DE PROCESO,
CUYA MAGNITUD ES MODIFICADA PARA ELIMINAR EL ERROR
PRESENTE EN EL SISTEMA.
“UN SISTEMA ES LLAMADO ESTABLE SI SU SALIDA ES ACOTADA PARA
CUALQUIER ENTRADA ACOTADA”

627#
ESQUEMATIZACION DE UN PROCESO
DESDE EL ENFOQUE DEL CONTROL
VARIACION
RESPUESTA

628#
FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA: se define como la
relación de la variable de salida de un proceso, sobre
la entrada al mismo. Define las características de
estado estacionario y dinámico, es decir, la
respuesta total de un sistema que se describa
mediante una ecuación diferencial lineal y sus
términos determinan si el sistema es estable o no.
G s
Y 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

629#
ESTABILIDAD: “Un sistema es llamado estable si su
salida es acotada para cualquier entrada acotada”.
La estabilidad de un sistema lineal se determina del
análisis de las raíces de la ecuación característica y
es equivalente a plantear en el plano-s la localización
de polos:
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

630#
DISTURBIO.- Cualquier cambio en el proceso que afecta adversamente la
cantidad o variable controlada. Ejemplos:
- Un disturbio en la cantidad o variable controlada
Al controlar flujo – cambia el caudal
Al controlar nivel – cambia la velocidad del flujo que sale
del tanque
Al controlar temperatura – entra más producto
- Cambio en la calidad del agente de control, tal como:
La calidad del vapor cambia
- Cambio de las condiciones ambientales
Combustión – Cambia la temperatura del aire exterior

631#
CAMBIO EN
LA ENTRADA
RESPUESTA
EN LA SALIDA
PROCESO
TIEMPO MUERTO
MAS RETARDO
DE PRIMER ORDEN
DINÁMICA DEL PROCESO (RESPUESTA AL CAMBIO)
El proceso ha sido definido como un cambio químico o físico o de conversión de
energía. Las estrategias de control sirven para controlar estos cambios.
Pocos procesos son instantáneos: Casi todos requieren algún tiempo para que
la 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.

632#
PARAMETROS DE ESTABILIDAD:
•GANANCIA
•CONSTANTE DE TIEMPO
•TIEMPO MUERTO
DINÁMICA DEL PROCESO

633#
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.

634#
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 CONSTANTE
DE TIEMPO
TIEMPO
100%
63.2%
0%
CAMBIO EN LA ENTRADA
PROCESO
CAMBIOENLASALIDA%

635#
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
ENTRADA
INICIO DEL CAMBIO
EN LA ENTRADA
PROCESO

636#
RETRASO DE PRIMER ORDEN
TIEMPO
0 1 2 3
ENTRADA
SALIDA
4 5

637#
RETRASO DE PRIMER ORDEN MAS TIEMPO
MUERTO
0 1 2 3
TIEMPO
ENTRADA
SALIDA
4
T
d
5
Td =TIEMPO MUERTO

639#
PROCESO NO AUTO-REGULABLES

640#
LA TEORIA DEL CONTROL AUTOMATICO DEFINE EN
EXPRESIONES MATEMATICAS EL COMPORTAMIENTO
DE LOS SISTEMAS DESDE EL ENFOQUE DE SUS
INTERRELACIONES DINAMICAS.
EXISTEN DOS PRINCIPALES ENFOQUES DE ESTA
TEORIA:
• TEORIA CLASICA DEL CONTROL AUTOMATICO
•TEORIA MODERNA DEL CONTROL AUTOMATICO
TEORÍA DEL CONTROL
AUTOMÁTICO

641#
TEORIAS DEL CONTROL AUTOMATICO
TEORIA CLASICA DEL
CONTROL AUTOMATICO
TEORIA MODERNA DEL
CONTROL AUTOMATICO
• OCURRE EN EL DOMINIO DE LA
FRECUENCIA COMPLEJA
• SOLO MANEJA UNA ENTRADA Y UNA
SALIDA (SISO)
• PARA PROCESOS CON PEQUEÑAS NO
LINEALIDADES, INVARIANTES EN EL
TIEMPO Y CON TIEMPOS MUERTOS
PEQUEÑOS
• NO MANEJA INTERACCIONES
• NO MANEJA RESTRICCIONES
• ES EL ENFOQUE MAS UTILIZADO
• SE DEFINE POR EL ALGORITMO PID
• OCURRE EN EL DOMINIO DEL TIEMPO
• MANEJA MULTIPLES ENTRADAS Y
MULTIPLES SALIDAS (MIMO)
• PARA PROCESOS CON FUERTES NO
LINEALIDADES, VARIABLES EN EL
TIEMPO Y CON TIEMPOS MUERTOS
GRANDES
• MANEJA EFICIENTEMENTE
INTERACCIONES
• MANEJA EFICIENTEMENTE
RESTRICCIONES
• NO ES COMUN SU UTILIZACION
• SE DEFINE POR LA ECUACION DE
ESTADO DEL CONTROL

642#
Ecuacion PID:
m(t)=Kc*e(t) + 1/TI*∫e(t)*dt + TD*
de(t) + Mo donde:
d(t)
m(t) es la variable manipulada
e(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 ajuste
c(t) es la variable controlada
Kc es la ganancia del controlador
TI es el tiempo de Integral
TD es el tiempo de Derivada
Mo es la constante de polarización del controlador
(normalmente 50%)

644#
LA TEORIA CLASICA DEL CONTROL AUTOMATICO
BASA SU DESARROLLO EN LA UTILIZACION Y
AJUSTE DE LA ACCION Y MODOS DE CONTROL
DE LOS CONTROLADORES

645#
LOS MODOS DE CONTROL SON
ALGORITMOS BAJO LOS CUALES OPERAN
LOS CONTROLADORES, QUE FUNCIONAN
DENTRO DE LO ESTABLECIDO POR LA
TEORIA CLASICA DEL CONTROL Y SON:
•MODO PROPORCIONAL
(P, DOS POSICIONES).
•MODO INTEGRAL (I)
•MODO DERIVATIVO (D).

646#
LA SEÑAL DE SALIDA (m(t)) ES PROPORCIONAL
A LA SEÑAL DE ERROR PRESENTE EN EL
SISTEMA (e(t)).
m(t) ∝ e(t)
QUE SE TRANSFORMA A:
m(t)= Kc e(t) + Mo
DONDE:
Kc.- Ganancia del controlador.
Mo.- Constante de polarización del controlador.
MODO PROPORCIONAL

647#
2015105
0
r=1
X
K=5
K=2
K=1
t
EFECTO DE LA GANANCIA SOBRE UN
DISTURBIO.

649#
EL EFECTO DE LA INTEGRAL SOBRE UNA
FUNCION MATEMATICA, ES LA DE
DETERMINAR EL AREA BAJO LA CURVA
DEFINIDA POR DICHA FUNCION, CON
RESPECTO A UNA REFERENCIA DADA.
EL MODO INTEGRAL AGREGA UN EFECTO
EQUIVALENTE A LA INTEGRACION DEL
ERROR DE LA CURVA DE REACCION DEL
PROCESO
MODO INTEGRAL (I)

650#
2015105
0
r=1
X Ti=1
Ti=2
Ti=5
Ti=
t
EFECTO DEL TIEMPO DE INTEGRAL SOBRE
UN DISTURBIO.

651#
EL EFECTO DE LA DERIVADA SOBRE
UNA FUNCION MATEMATICA, ES LA DE
DETERMINAR LA RAZON DE CAMBIO DE
LA CURVA DEFINIDA POR DICHA
FUNCION, CON RESPECTO A UNA
VARIABLE DADA.
EL CONTROL DERIVATIVO ANTICIPA EL
EFECTO DE CORRECCION, DE
MANERA QUE SE CONTRARRESTE EL
TIEMPO MUERTO
MODO DERIVATIVO (D)

652#
EL CONTROL DERIVATIVO "DETECTA"
LA RAZON DE CAMBIO DEL ERROR
(PENDIENTE), Y PROYECTA UN EFECTO
MULTIPLICADO Td VECES, TAL QUE SE
ANTICIPE AL EFECTO FUTURO DEL
ERROR e(t).

653#
EFECTO DEL TIEMPO DE DERIVADA SOBRE
UN DISTURBIO.
2015105
0
r=1
X T =0.1D
T =0.7D
T =4.5D
t

654#
Los modos PI son específicos cuando no existe
tiempo muerto, los cambios de carga son
moderados, y no se aceptan los efectos del
corrimiento
CONTROL PI
E(s) U(s)K (1+Ti s)
1+Ti s
t
1
Escalón unitario
e(t)
t
K
Modo PI
u(t)
Modo P
Ti
2K

655#
CARACTERISTICAS DEL CONTROL PI
•ESTE CONTROL ES EL QUE MEJOR
SATISFACE LA MAYORIA DE LAS
APLICACIONES INDUSTRIALES QUE
NO TENGAN TIEMPO MUERTO.
•ES EL TIPO DE CONTROL MAS
COMUNMENTE USADO, CON EL 85%
DEL TOTAL.
•TIENE UNA RESPUESTA MUCHO
MAYOR QUE EL CONTROL
INTEGRAL SOLO Y TAMPOCO
PRESENTA CORRIMIENTO.
•LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA SE
DEMERITA.
•PUEDE GENERAR LA SATURACION
DEL ELEMENTO FINAL.

656#
E(s) U(s)
K (1+T s)D
t
1
Rampa unitaria
e(t)
t
Modo PDu(t)
Modo PT
D
CONTROL PD

657#
CARACTERISTICAS DEL CONTROL PD
•ESTE CONTROL, ES CAPAZ DE SEGUIR CAMBIOS
RAPIDOS EN LA VARIABLE DE PROCESO Y
COMPENSAR RETRASOS EN TIEMPO.
•DEGRADA SU ACCION EN PROCESOS RUIDOSOS.
•CONSERVA EL CORRIMIENTO DEL MODO
PROPORCIONAL, PERO MEJORA SU RESPUESTA.
•EN GENERAL AUMENTA LA ESTABILIDAD DEL
CIRCUITO.
•SE PREFIERE EL USO DEL CONTROL PID EN LUGAR
DEL PD.

659#
CARACTERISTICAS DEL CONTROL PID
•ESTA COMBINACION DE MODOS ES EL CONTROL
CONVENCIONAL MAS COMPLEJO.
•MEJORA EL COMPORTAMIENTO, DE LOS CONTROLES DE
DOS MODOS.
•COMPENSA LOS RETRASOS EN TIEMPO, DEBIDOS
PRINCIPALMENTE A LA INSTRUMENTACION Y NO AL
PROCESO, POR LA PRESENCIA DEL MODO DERIVATIVO.
•DEBIDO AL MODO INTEGRAL, ESTE CONTROL NO
PRESENTA CORRIMIENTO PERO PUEDE SATURAR AL
ELEMENTO FINAL.
•TIENDE A ESTABILIZAR AL SISTEMA.
•EL PRINCIPAL PROBLEMA ES SU SINTONIZACIÓN.
•EL 12% DE LOS CONTROLADORES SON PID, USADOS
PRINCIPALMENTE EN CIRCUITOS DE TEMPERATURA, pH Y
ANALISIS.

661#
Modos básicos de operación de un
controlador
• Modo Manual/Automático: Determina quien establece la salida del
control: 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)

662#
¿Sintonización?
Es el hecho de encontrar los parámetros óptimos del
controlador (Ganancia proporcional, tiempo de integral y
tiempo de derivativa)
¿Cómo Sintonizo?
Existen técnicas analíticas, pero también existen técnicas
empíricas como Ziegler-Nichols

663#
Ziegler-Nichols
Procedimiento:
1. Colocar el Controlador en modo Auto con una
ganancia proporcional pequeña, y las ganancias
integral y derivativa en cero.
2. Aumentar la ganancia proporcional hasta obligar a la
planta a tener una oscilación sostenida.

664#
Oscilación sostenida
Re s p u e s ta d e l c o n tr o l p ro p o r c io n a l c o n K c u
0
0 .0 0 1
0 .0 0 2
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
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 6
Tie mp o (min )
Flujohidrógeno(
2 6 .9 7 S
( 0 .4 4 min )

665#
Ziegler-Nichols
Medir el periodo de la oscilación y determinar con que ganancia
proporcional se obtiene esta oscilación, emplear las siguientes
correlaciones:
Tu/8Tu/2Kcu/1.7PID
---------Tu/1.2Kcu/2.2PI
------------------Kcu/2P
Tiempo de
Derivación.
Tiempo de
Integración
Ganancia
Proporcional
Tipo de Controlador

666#
Respuesta obtenida
Detalle Flujo Alimentación
0.00424
0.00425
0.00426
0.00427
0.00428
0.00429
0 10 20 30 40 50
Tiempo (min)
Flujohidrógeno(gr/s)
S.P. Flujo alimentación
Flujo alimentación

667#
MÉTODO DE LAS OSCILACIONES
AMORTIGUADAS DE ZIEGLER-NICHOLS
Incrementando la ganancia hasta encontrar una respuesta de un
cuarto de decaímiento (la oscilación tiene 1/4 de la oscilación anterior).
t0
X
Tu
a b
Razón de decaimiento = b/a =1/4
Controlador Ganancia Tiempo de integral Tiempo de derivada
P Kc = 0.5 Kcu - -
PI Kc = 0.45 Kcu Ti = Tu/1.2 -
PID Kc = 0.75 Kcu Ti = Tu/1.6 TD = Tu/10

668#
MÉTODO DE LA CURVA DE REACCIÓN DE
COHEN-COON
Trabajar en forma manual o lazo abierto para determinar la relación
de 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.
t0
B
ym
R
td

669#
MÉTODO DE LA CURVA DE REACCIÓN DE
COHEN-COON
Controlador Ganancia Tiempo de integral Tiempo de derivada
P
Kc = ⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
τ
τ
3
1
1 d
d
t
tK
- -
PI
Kc = ⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
τ
τ
12
9.0
1 d
d
t
tK τ
τ
/209
/330
d
d
di
t
t
tt
+
+
=
-
PID
Kc = ⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
τ
τ
43
41 d
d
t
tK τ
τ
/813
/632
d
d
di
t
t
tt
+
+
=
τ/211
4
d
dD
t
tt
+
=

670#
¿Autosintonización?
• ¿Qué es?
• ¿Es confiable?
• ¿Siempre esta disponible?
• ¿Cómo se usa?

671#
TEORÍA MODERNA DE CONTROL
Se basa en la notación de estado, utilizada en el
estudio de la Mecánica Dinámica y es una
manera conveniente de representar sistemas de
ecuaciones diferenciales de orden "n"
(acopladas o no acopladas), de tal forma que
sean expresadas como ecuaciones de vectores-
matrices, permitiendo ser manipulados,
transformados y estudiados mediante
procedimientos sencillos de álgebra lineal, con
lo que permitió mejorar el desempeño de los
Modelos Matemáticos y manejar modelos MIMO
(Entradas Múltiples-Salidas Múltiples).

672#
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)
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)

673
Standards
Certification
Publishing
INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓN A SISTEMAS DEN A SISTEMAS DE
CONTROL DIGITALCONTROL DIGITAL
16, 17 y 18 de mayo del 2007

674#
Sistemas para pequeñas instalaciones de
control
1. Control directo por PC
• La creciente capacidad de las PC's posibilita la decisión de manejar directamente las
labores de control y la actuación sobre los elementos finales, mediante las interfases
adecuadas.
• El soporte físico se constituye por un PC con un software de adquisición de datos y
control SCADA (Supervisory Control and Data Adquisition) y una adecuada interfase
para 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 control
continuos sobre los que haya de ejecutarse un algoritmo, pero, en su caso, podría
incluso ejecutarse éste, un número limitado, en la propia PC.
• Su desventaja radica en la frágil confiabilidad del sistema al depender sólo del
procesador 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 las
labores de control y la PC a las tareas exclusivamente de monitorización, como se
describe en los puntos siguientes.

675#
control
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 pequeñas
aplicaciones, no integrales, en las que el número de señales es suficientemente
reducido como para no justificar sistemas más complejos.
• La visualización de las variables medidas y los parámetros de control se puede
realizar mediante una pequeña pantalla o visor localizada sobre el propio
controlador, frecuentemente instalado en campo. La mayoría de las plantas
químicas o afines exige un número de señales superior a las que justificarían la
selección de un sistema de las características mencionadas por lo que su
empleo no resulta demasiado frecuente en esos casos, salvo aplicaciones
aisladas.

676#
control
INTERFASES DEL
OPERADOR

678#
EL PLC - Definición
Un autómata programable o Controlador Lógico Programable (PLC), es un
equipo electrónico, programable en lenguaje no informático, diseñado para
control de procesos secuenciales en tiempo real y en ambiente tipo
industrial, aunque ahora también pueden ejercer eficientemente control
regulado.

679#
Sistema de PLC básico
INTERRUPTOR
DE LIMITE
MODULOS
DE
ENTRADA
BOTON
PULSADOR
CPU
24 VCD
VÁLVULA
SOLENOIDE
120 VCA
CONTROL DEL
RELEVADOR
LUZ DEL
PANEL
ALIMENTACIÓN
DEL
SISTEMA
MODULOS
DE
SALIDA
INTERRUPTOR
DE NIVEL

680#
El PLC
• Para procesos discretos, el PLC no tiene competencia y su uso es
universal.
• Puede manejar fácilmente señales continuas (analógicas) y algoritmos
de control.
• Se programan, mediante una PC o un programador portátil.

681#
Campos de aplicación
Aunque el PLC por excelencia ha sido
creado para el control de procesos
secuenciales, hoy en día el PLC puede
además controlar lazos regulados,
además de permitir el manejo de señales
digitales como Ethernet, Device Net, ETC.
Por lo que el PLC puede tener
aplicaciones en las siguientes áreas:
• Control de cualquier máquina que implique una o
varias 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.

682#
Ventajas y desventajas del PLC
Ventajas
• CONFIABILIDAD. Una vez que un programa se ha
escrito y se han localizado y corregido errores, éste
puede fácilmente transferirse y descargarse a otros
PLC
• FLEXIBILIDAD. Las modificaciones del programa
pueden hacerse fácilmente, inclusive en campo con
diferentes niveles de acceso
• FUNCIONES AVANZADAS. Amplia variedad de
tareas de control, desde una sola acción repetitiva
hasta 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 y
hardware
Desventajas
• Como inconvenientes podríamos
hablar, en primer lugar, de que
hace falta un programador,
• El costo inicial también puede ser
alto.

683#
ESTRUCTURA DE UN PLC
ESTRUCTURA EXTERNA
Actualmente son tres las estructuras más significativas que existen en el
mercado:
•Estructura compacta.
•Estructura semimodular ( Estructura Americana)
•Estructura modular (Estructura Europea)

684#
Estructura compacta
Este tipo de autómatas se distingue por presentar en un solo bloque todos
sus elementos, esto es, fuente de alimentación, CPU, memorias,
entradas/salidas, etc..
Son los autómatas de gama baja o nanoautómatas los que suelen tener una
estructura compacta. Su potencia de proceso suele ser muy limitada
dedicándose a controlar máquinas muy pequeñas o cuadros de mando.

685#
Estructura semimodular
Se caracteriza por separar las E/S del resto del autómata, de tal forma que
en un bloque compacto están reunidas las CPU, memoria de usuario o de
programa y fuente de alimentación y separadamente las unidades de E/S .
Son los autómatas de gama media los que suelen tener una estructura
semimodular (Americana).

686#
Estructura modular
Su característica principal es la de que existe un módulo para cada uno de
los diferentes elementos que componen el autómata como puede ser una
fuente de alimentación, CPU, E/S, etc. La sujeción de los mismos se hace
por carril DIN, placa perforada o sobre RACK, en donde va alojado el BUS
externo de unión de los distintos módulos que lo componen.
Son los autómatas de gama alta los que suelen tener una estructura
modular, que permiten una gran flexibilidad en su constitución.

687#
FUENTE
DE
PODER
FUENTE
DE
PODER
CPU
CPU
4 RANURAS
8 RANURAS
16 RANURAS
MONTAJE MODULAR TIPICO DE LOS PLC´s
FUENTE
DE
PODER
CPU

688#
FUENTE
DE
PODER
CPU
16 RANURAS
ARREGLO TIPICO DE UN SISTEMA BASADO EN UN PLC
XX DI DI DI DI DO DO DO AI AI AI AO AO TC TC TC
MONITOR
A COLOR
TARJETA DE COMUNICACIONES
DEL PLC
TECLADOS
IMPRESORA
CABLE DE COMUNICACIONES

689#
SEÑALES DE/A CAMPO
RED DE CONTROLADORES LOGICOS PROGRAMABLES

690#
MEMORIA
- Sistema operativo
- Memoria de E/S
- Programa de usuario
- Memoria de estados internos
- Salvaguarda de datos
- Variables interna
- SENSORES
- ACTUADORES
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
- RS-485
- RS-232
- MODBUS
- UNIDADES DE PROG
RED INDUSTRIAL
LAN
WAN
- E/S ADICIONALES
- E/S ESPECIALES
ESTRUCTURA INTERNA DE UN PLC

691#
SECUENCIA DE OPERACIÓN DE UN PLC
IMAGEN DE LAS
ENTRADAS
ENTRADAS
EJECUCIÓN DEL
PROGRAMA DE
USUARIO
IMAGEN DE LAS
SALIDAS SALIDAS
WATCHDOG
(PERRO GUARDIÁN)

692#
Funciones del PLC
Funciones
Avanzadas
Del PLCControl de
Procesos
continuos
Sistemas de
supervisión
Redes de comunicación
Entradas/
salidas
distribuidas
Buses de
campo

693#
Programación de lógica de escalera
• Formato típico de lógica de escalera
• Instrucciones de lógica de escalera
• Diagramas de cableado Entrada/Salida

694#
Formato típico de la lógica de escalera
Continuous path required
for logic continuity
Se requiere de una trayectoria
continua para la continuidad lógica

695#
ARRANQUE
DEL MOTOR
Escalón 0
I:1/0
BOTON PULSADOR
NORMALMENTE CERRADO
PARO
O:3/0
ARRANQUE
DEL MOTOR
O:3/0
I:1/1
BOTON PULSADOR
N.A.
ARRANQUE
Formato típico de la lógica de escalera

696#
Diagrama del cableado de entradas
120V CA
0
H
1
2
3
4
5
6
7
N
NEUTRoHOT
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
I:1/07
K1
PB1
PB2
SLOT 1

697#
Diagrama del cableado de salidas
ARRANCADOR DE LA BOMBA
K10
1
2
3
4
5
6
7
N
H
CA SALIDA
MODULO
O:3/0
O:3/1
O:3/2
O:3/3
O:3/4
O:3/5
O:3/6
O:3/7
SLOT 3 H N
120 VCA

698#
SISTEMAS DE
ADQUISICIÓN DE
DATOS

699#
SISTEMAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS
(SAD)
Sistema de procesamiento de información cuyos
resultados son dados en desplegados gráficos, reportes,
sumarios, índices, tendencias, balances e involucra el
acondicionamiento de señales.
De acuerdo al tamaño y complejidad del monitoreo de
procesos y sistemas de control existen desde sistemas de
control simples y sencillos hasta sistemas de control
distribuido grandes (SCD). Su elemento mas importante es
la computadora.

701#
Y MULTIPLEXOR
ACONDICIONADOR DE SEÑALES
SISTEMA DE
PROCESAMIENTO
DE LA INFORMACION
SISTEMA DE CONTROL
ASOCIADO
(ANALOGICO o DIGITAL)
A
D/
SEÑALES
ANALOGICAS
SEÑALES
DIGITALES
ESQUEMA GENERAL DE UN SISTEMA
DE ADQUISICION DE DATOS (SAD)
SEÑALES HACIA LOS
ELEMENTOS FINALES
DE CONTROL
SEÑALES DEL PROCESO
(DE SENSORES,
TRANSMISORES O
INTERRUPTORES)
DESPLEGADOS GRAFICOS
REPORTES
SUMARIOS
INDICES
TENDENCIAS
BALANCES, ETC.
INFORMACION
PROCESADA

702#
(Características)
- Cuentan con herramientas de software sofisticado y
poder 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 controladores
lógicos programables (PLCs).
- Su aplicación más común es en pequeños sistemas como
plantas piloto y laboratorios.
- La modularidad y flexibilidad de los sistemas los hacen
fácil para reconfigurar para distintas aplicaciones.

703#
(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.

704#
SISTEMAS SCADA
SUPERVISORY CONTROL AND
DATA ACQUISITION

705#
DEFINICIÓN DE SCADA
“Un sistema SCADA es definido como sistemas usados
para control Supervisorio, adquisición de datos, control
automático o ambos (ANSI/IEEE)”. Normalmente se refiere
a sistemas de control digital cuyos constituyentes se
encuentran ampliamente dispersos, utilizando en su
sistema estaciones remotas con comunicaciones en redes
de área local o de area extendida.
Un sistema SCADA consiste de una o más estaciones
maestras que recopilan datos transmitidos por los
controles de una o más estaciones remotas.

706#
SISTEMA SCADA
Los sistemas SCADA son comúnmente usados por
compañías que transportan productos por tubería
(gaseoductos, oleoductos, etc.) y energía eléctricas. Otras
aplicaciones incluyen compañías de agua, tratamiento de
agua, transportación, y otros sistemas industriales que
requieren adquisición de datos y control remoto.
En todos estos sistemas el SCADA es considerado como
un componente critico de la operación, así que, hay que
tomar cuidado de asegurar la confiabilidad de las
estaciones remotas y maestras.

707#
INTERFASES
UNIDAD TERMINAL MAESTRA MODEM
MODEM
RADIO
MODEM MODEM
UNIDAD
TERMINAL
REMOTA No. 1
UNIDAD
TERMINAL
REMOTA No. 2
UNIDAD
TERMINAL
REMOTA No. 3
UNIDAD
TERMINAL
REMOTA No. 4
MODEM
MODEM
RADIORADIO

709#
SISTEMA DE CONTROL
DISTRIBUIDO

710#
SISTEMA DE CONTROL DISTRIBUIDO
(SCD)
Es una red de procesadores digitales de información, con
sistema operativo distribuido y procesamiento en “tiempo
real”, operando bajo los preceptos de la teoría del control
automático que reúne toda la funcionalidad requerida para
realizar 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 de
hardware, generación de reportes y la capacidad de
comunicarse con otros sistemas digitales; presentando una
arquitectura que permite la integración del control de procesos
con la administración de la empresa.

711#
Consola
central
de control
Unidad de
Proceso
N
TRAYECTORIA
DE DATOS
Controlador
basado en
micro
-procesador
N
Unidad de
Proceso
2
Unidad de
Proceso
1
Controlador
basado en
micro
-procesador
1
Controlador
basado en
micro
-procesador
2
(SCD)

712#
Características
- 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
- Opción de control avanzado
- Costo alto

713#
ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE
CONTROL DISTRIBUIDO
• Interfase hombre-máquina
– Teclado
– Pantalla
– Display gráfico
– Display de gráfica de la tendencia
– Resumen de alarmas
• Memoria
• Red de comunicación
• Controladores basados en microcontrolador
• Tarjetas de E/S
Como en cualquier sistema basado en computadoras, existe el
hardware y el software. Mucho del hardware del SCD es común a
todas las computadoras. El software es el que se explota para
desarrollar algoritmos específicos para aplicaciones particulares. Sus
elementos básicos de hardware son:

714#
SEÑALES HACIA LOS
ELEMENTOS FINALES
DE CONTROL
SEÑALES DEL PROCESO
(DE SENSORES,
TRANSMISORES O
INTERRUPTORES)
SEÑALES
DIGITALES
SEÑALES
ANALOGICAS
INFORMACION
PROCESADA
REPORTES
SUMARIOS
INDICES
TENDENCIAS
BALANCES, ETC.
CON EL
PROCESO
DE SALIDA
INTERFASES
CON EL
PROCESO
DE ENTRADA
INTERFASES
SEÑALES
MULTIPLEXADAS
SEÑALES
MULTIPLEXADAS
Y SEÑALES
DIGITALES
SEÑALES
ANALOGICAS
Y
DISPOSITIVOS DE
ALMACENAMIENTO
MASIVO
INTERFASES
CON EL
OPERADOR
INTERFASES
MAQUINA-MAQUINA
A/DE OTROS
SISTEMAS
SISTEMA DE
ADQUISICION
DE DATOS
C-1 C-2 C-3 C-4
C-5 C-6 C-7 C-8
SISTEMA DE
COMUNICACIONES
MODULOS DE CONTROL
(SU NUMERO DEPENDE DEL TIPO
DE SISTEMA DE CONTROL)
ESQUEMA GENERAL DE UN SISTEMA DE CONTROL DISTRIBUIDO (SCD)
ALTERNATIVA No. 1 (DISTRIBUCION FUNCIONAL UNICAMENTE)

715#
INFORMACION
PROCESADA
REPORTES
SUMARIOS
INDICES
TENDENCIAS
BALANCES, ETC.
DISPOSITIVOS DE
ALMACENAMIENTO
MASIVO
INTERFASES
CON EL
OPERADOR
INTERFASES
MAQUINA-MAQUINA
A/DE OTROS
SISTEMAS
SISTEMA DE
ADQUISICION
DE DATOS
ESQUEMA GENERAL DE UN SISTEMA DE CONTROL DISTRIBUIDO (SCD)
ALTERNATIVA No. 2 (DISTRIBUCION FUNCIONAL Y GEOGRAFICA)
Y SEÑALES DIGITALES
SEÑALES ANALOGICAS
DE ENTRADA Y SALIDA
SEÑALES ANALOGICAS
DE ENTRADA Y SALIDA
SEÑALES ANALOGICAS
DE ENTRADA Y SALIDA
SEÑALES ANALOGICAS
DE ENTRADA Y SALIDA
SEÑALES ANALOGICAS
DE ENTRADA Y SALIDA
SEÑALES ANALOGICAS
DE ENTRADA Y SALIDA
CANAL DE
COMUNICACIONES
CANAL DE
COMUNICACIONES CANAL DE
COMUNICACIONES
CANAL DE
COMUNICACIONES
CANAL DE
COMUNICACIONES
CANAL DE
COMUNICACIONES
SISTEMA DE
ENLACE O
O DE
COMUNICACIONES
MODULO
DE
CONTROL
Y ENLACE
CON EL
PROCESO
DE ENTRADA
INTERFASES
Y SALIDA
MODULO
DE
CONTROL
Y ENLACE
CON EL
PROCESO
DE ENTRADA
INTERFASES
Y SALIDA
MODULO
DE
CONTROL
Y ENLACE
CON EL
PROCESO
DE ENTRADA
INTERFASES
Y SALIDA
MODULO
DE
CONTROL
Y ENLACE
CON EL
PROCESO
DE ENTRADA
INTERFASES
Y SALIDA
MODULO
DE
CONTROL
Y ENLACE
CON EL
PROCESO
DE ENTRADA
INTERFASES
Y SALIDA
MODULO
DE
CONTROL
Y ENLACE
CON EL
PROCESO
DE ENTRADA
INTERFASES
Y SALIDA

716#
PISTADEDATOS
REDUNIVERSALDECONTROL
RED DE CONTROL LOCAL
PC
Workstation
PC
Laser printer
PC
Interfase hombre-MáquinaMódulo de
Acceso a
computadora
Módulo de
Aplicación
Módulo de
Cálculo
Módulo de
Historia
Módulo de
Registro de
eventos
PC
Otros Módulo
de Control
Interfase de
Procesador
Interfase de
baja Velocidad
Interfase de red
de alta
Velocidad
Controlador
Básico
Controlador
Extendido
Controlador de
Multifunción
Controlador de
procesos
críticos
Interfase Serial
para PC
Interfase de
propósito
general
Puerto de la
pista de datos
Estación de
operador
Conexionesdelproceso
Controlador Avanzado
(HPM)
E/S
Remotas
Interfase con
Unidades del
proceso
Conexionesdelproceso
ARQUITECTURA LINEAL TIPO BUS DE UN

718#
DISPLAY GRÁFICO DE UN SCD

719#
DISPLAY DE TENDENCIA DE UN SCD

720#
RESUMEN DE ALARMAS DE UN SCD

721#
COMPARACIÓN ENTRE UN SCADA Y UN
SCD

722#
GRACIAS POR SU PARTICIPACIONGRACIAS POR SU PARTICIPACION

Alonzo

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