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Fundamentos de Medición y Control de Variables Industriales
INDICE
UNIDAD I: "TECNOLOGÍAS EN INSTRUMENTACIÓN
INDUSTRIAL"
1. INTRODUCCIÓN ............................................................................. 1
2. OBJETIVOS......................................................................................... 1
2.1 Generalidades........................................................................ 1
2.2 Evolución Histórica............................................................... 3
UNIDAD II: "COMPONENTES DE UN SISTEMA DE CONTROL"
1. INTRODUCCIÓN ............................................................................. 5
2. OBJETIVOS......................................................................................... 5
2.1 Sistema De Control Realimentado..................................... 5
2.2 Sensores ................................................................................. 7
2.3 Transmisores......................................................................... 8
2.4 Controladores ....................................................................... 9
2.5 Elementos Finales De Control.......................................... 10
2.6 Otros Elementos ................................................................. 11
UNIDAD III: "MEDICIÓN DE PRESIÓN"
1. INTRODUCCIÓN.......................................................................... 18
2. OBJETIVOS..................................................................................... 18
2.1 Unidades De Presión ............................................................ 18
2.2 Dispositivos de balance de gravedad ............................. 19
2.3 Elementos de deformación elástica ................................. 19
2.4 Transductores eléctricos de presión ................................ 20
UNIDAD IV: "MEDICIÓN DE TEMPERATURA"
1. INTRODUCCIÓN.......................................................................... 27
2. OBJETIVOS..................................................................................... 27
2.1 Termómetros....................................................................... 27
2.2 Sistemas térmicos de llenado ........................................... 28
2.3 Métodos eléctricos.............................................................. 28
2.3.1 Termocuplas………………………………………. 28
2.3.2 RTD…………………………………………………30
2.3.3 Termistores…………………………………………31
2.3.4 Sensores de estado sólido………………………….31
2.3.5 Pirómetros……..………………………………… 32

UNIDAD V: "MEDICIÓN DE NIVEL Y FLUJO"
1. INTRODUCCIÓN.......................................................................... 38
2. OBJETIVOS..................................................................................... 38
2.1 Medidores de nivel ......................................................................38
2.1.1 Medición directa……………………………………………………...38
2.1.2 Medición indirecta……………………………………………………..40
2.2 Medidores de flujo .......................................................................42
2.2.1 Medición por presión diferencia……………………..43
2.2.2 Medidores de área variable…………………………..45
2.2.3 Medidores Magnéticos………………………………..45
2.2.4 Medidor A Turbina……………………………………45
2.2.5 Medidor De Vórtice…………………………………...46
2.2.6 Medidores De Flujo Total…………………………….47
UNIDAD VI: “CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS"
1. INTRODUCCIÓN.......................................................................... 48
2. OBJETIVOS..................................................................................... 48
2.1 Generalidades ...............................................................................48
2.2 Cambios de carga .........................................................................49
2.3 Retardos del proceso....................................................................49
UNIDAD VII: "TIPOS DE CONTROL Y SINTONÍA"
1. INTRODUCCIÓN ........................................................................... 52
2. OBJETIVOS....................................................................................... 52
2.1 Control De Dos Posiciones ............................................... 52
2.2 Acciones De Control .......................................................... 53
2.2.1 Acción Proporcional ......................................................... 53
2.2.2 Acción Integrativa............................................................. 54
2.2.3 Acción Derivativa ............................................................. 55
2.3 Respuestas De Control Combinadas............................... 56
2.3.1 Control Proporcional........................................................ 56
2.3.2 Control Proporcional - Integrativo (PI).......................... 57
2.3.3 Control Proporcional - Derivativo (PD)......................... 57
2.3.4 Control De Tres Modos (PID) ......................................... 57
2.4 Sintonía De Controladores................................................ 58
2.5 Métodos De Ajuste De Controladores ............................ 59
2.5.1 Método Del Tanteo ........................................................... 59
2.5.2 Método De Ganancia Límite............................................ 62
2.5.3 Método De La Curva De Reacción ................................. 63

UNIDAD VIII: “VALVULAS DE CONTROL AUTOMÁTICO”
1. PARTES DE UNA VÁLVULA DE CONTROL........................... 65
2. VÁLVULA ........................................................................................ 65
3. TIPOS DE CUERPO DE VÁLVULA............................................. 66
3.1 Válvula De Globo De Doble Asiento ................................. 66
3.2 Válvula De Globo De Simple Asiento................................ 67
3.2.1 Válvula Mariposa ........................................................... 67
3.2.2 Válvula De Bola ............................................................... 68
3.2.3 Válvula De Membrana.................................................... 68
3.2.4 Válvula De Jaula .............................................................. 68
4. OBTURADOR.................................................................................. 69
5. ACCIÓN DE LA VÁLVULA......................................................... 70
6. MATERIALES.................................................................................. 70
7. ACTUADORES................................................................................ 71
7.1 Neumáticos ........................................................................... 71
7. 2 Eléctricos................................................................................ 73
7.3 Electrohidráulicos ................................................................ 74
8. POSICIONADOR DE VÁLVULA................................................. 74
8.1 ¿Por Qué Usar Un Posicionador? ....................................... 75
8.2 ¿Qué Aplicaciones Llaman Al Uso De Un Posicionador?77
8.3 ¿Cuándo Un Posicionador No Es Empleado O Cuando No
Es Necesario?...................................................................... 77
8.4 Posicionadores Digitales ...................................................... 78
9. SELECCIÓN DE UNA VÁLVULA DE CONTROL.................... 78
9.1 Capacidad De Una Válvula ................................................. 79
9.2 Rangeabilidad De Una Válvula .......................................... 80
9.3 Corrección De Viscosidad.................................................... 80
9.4 Ejemplo De Dimensionamiento .......................................... 81
10. PROBLEMAS DEBIDOS AL MAL DIMENSIONAMIENTO DE
VÁLVULAS DE CONTROL .................................................................... 83
10.1 Funcionamiento Inadecuado Por Estar Fuera De Rango 83
10.2 Flashing O Vaporización...................................................... 83
10.3 Cavitación............................................................................... 84
10.4 Ruido....................................................................................... 86
10.4.1 Características Del Ruido.......................................... 86
10.4.2 Ruido En Las Válvulas ................................................ 86
10.4.3 Disminución Del Ruido En Las Válvulas.................. 88
11. INSTALACIÓN Y MONTAJE ....................................................... 88
12. MANTENIMIENTO........................................................................ 89
13. ESTÁNDARES ................................................................................. 90
UNIDAD IX: "ESTRATEGIAS DE CONTROL"
1. INTRODUCCIÓN ........................................................................... 91
2. OBJETIVOS....................................................................................... 91
2.1 Control En Cascada................................................................ 91

2.2 Control De Razón............................................................... 93
2.3 Control Prealimentado (Feedforward) ........................... 95
2.4 Control De Rango Partido (Split Range) ........................ 95
2.5 Control Por Programa ....................................................... 96
UNIDAD X: "SUPERVISIÓN DE PROCESOS"
1. INTRODUCCIÓN ........................................................................... 98
2. OBJETIVOS....................................................................................... 98
2.1 Sistemas Digitales En La Industria.................................. 98
2.2 Partes De Un Sistema De Supervisión Por
Computadora...................................................................... 99
2.3 Software De Supervisión Y Control .............................. 101
2.4 Interfaz Del Operador ..................................................... 102

Fundamentos de Medición y Control de Variables Industriales 1
UNIDAD I
"TECNOLOGÍAS EN INSTRUMENTACIÓN
INDUSTRIAL"
1. INTRODUCCIÓN
Como se ha comentado anteriormente, ha habido en estas últimas décadas
avances considerables en la tecnología de fabricación de los dispositivos,
equipos y sistemas de instrumentación y control industrial. Hagamos ahora
una breve reseña de como se ha dado este desarrollo para tener una idea
general de las posibilidades actuales.
2. OBJETIVOS
 Revisar los conceptos de control manual y control automático de
procesos.
 Identificar las diversas tecnologías existentes en la instrumentación
industrial.
2.1 Generalidades
En principio, todos los procesos industriales fueron controlados
manualmente por el operador (hoy aún existe este tipo de control en
muchas fábricas); la labor de este operador consistía en observar lo
que está sucediendo (tal es el caso de un descenso en la temperatura)
y hacía algunos ajustes (como abrir la válvula de vapor), basado en
instrucciones de manejo y en la propia habilidad y conocimiento del
proceso por parte del operador.
Este lazo – proceso a sensor, a operador, a válvula, a proceso - se
mantiene como un concepto básico en el control de procesos.
En el control manual, sin embargo, sólo las reacciones de un
operador experimentado marcan las diferencias entre un control
relativamente bueno y otro errático; más aún, esta persona estará
siempre limitada por el número de variables que pueda manejar.
Por otro lado, la recolección de datos requiere de esfuerzos mayores
para un operador, que ya está dedicando tiempo importante en la
atención de los procesos observados y que por lo tanto se encuentra
muy ocupado como para escribir números y datos, que

2 Fundamentos de Medición y Control de Variables Industriales
evidentemente son necesarios para un mejor control sobre el proceso.
Todo esto se puede conjugar en tener datos que pueden ser
imprecisos, incompletos y difíciles de manejar.
El control automático a diferencia del manual, se basa en dispositivos
y equipos que conforman un conjunto capaz de tomar decisiones
sobre los cambios o ajustes necesarios en un proceso para conseguir
los mismos objetivos que en el control manual pero con muchas
ventajas adicionales. Adicionalmente a esto, existen una serie de
elementos que pueden integrarse a este conjunto para lograr cumplir
con varias funciones, algo que como se ha comentado, sería imposible
de ser logrado por un operador con la precisión y eficiencia deseadas.
Figura N° 1: Control manual
Figura 2: Control automático
Reservorio
Controlador
Válvula de control
Sensor
Reservorio
Indicador
Instrumentista
Válvula manual

Fundamentos de Medición y Control de Variables Industriales 3
2.2 Evolución Histórica
El control de los primeros procesos industriales se basó en la
habilidad de los operadores (control manual). En los años siguientes,
la aparición de los controladores locales permitió al operador manejar
varios lazos de control, pero subsistía aún el problema de recolección
de datos. Los controladores locales son aún muy útiles, así como
también resistentes y simples. Sin embargo, debido a que están
directamente relacionados con el proceso y por lo tanto están
diseminados a través de toda la planta, obviamente hace que el
realizar mantenimiento y ajustes en dichos instrumentos demande
mucho tiempo.
El desarrollo de los dispositivos de control operados
neumáticamente marcó un mayor avance en el control de procesos.
Aquí las variables pueden ser convertidas en señales neumáticas y
transmitidas a controladores remotos.
Utilizando algunos mecanismos complejos, un controlador neumático
realizaba simples cálculos basados en una señal de referencia (set
point) y la variable del proceso y ajustar adecuadamente el elemento
final de control. La ventaja estaba en que el operador podía controlar
una serie de procesos desde una sala de control y realizar los cambios
necesarios en forma sencilla. Sin embargo, las limitaciones radicaban
en la lentitud de la respuesta del sistema de control de cambios
rápidos y frecuentes y a su inadecuada aplicación en situaciones en
que los instrumentos estén demasiado alejados (pérdidas).
Alrededor de los 60, los dispositivos electrónicos aparecieron como
alternativa de reemplazo a los controladores neumáticos. Los
controladores electrónicos para un lazo cerrado, son rápidos, precisos
y fáciles de integrar en pequeños lazos interactivos; sin embargo, la
mejora en cuanto a operación con respecto a los neumáticos era
relativamente pequeña y además la recopilación de datos, aún no
muy fácil de manejar.
Algún tiempo después de la aparición de los sistemas de control
electrónicos analógicos, el desarrollo de los microprocesadores
permitió el surgimiento de los transmisores y controladores
digitales, así como de los controladores lógicos programables (PLC),
además, de sistemas especializados como por ejemplo, las máquinas
de control numérico computarizado (CNC).
El empleo de las computadoras digitales no se hizo esperar; de su
aplicación, aparecen los sistemas de control digital directo (DDC),
hasta los sistemas de supervisión y control actuales, con los cuales se
logra manejar un gran número de procesos y variables, recopilar
datos en gran cantidad, analizar y optimizar diversas unidades y

4 Fundamentos de Medición y Control de Variables Industriales
plantas e incluso, realizar otras actividades, como planificación de
mantenimiento, control de calidad, inventario, etc.
Independientemente de la tecnología, la evolución de las técnicas de
control han tenido como uno de sus objetivos fundamentales,
reemplazar la acción directa del hombre en el manejo de un
determinado proceso, por el empleo de equipos y sistemas
automáticos, sin embargo, existe una analogía muy clara entre estos
últimos y el hombre, en los que respecta a la forma de actuar.
Figura N° 3: Ser Humano
Figura N° 4: Sistema automático

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