Repblica Bolivariana de VenezuelaMinisterio del Poder Popular
Para la Educacin UniversitariaUniversidad Politcnica Territorial
del Oeste de Sucre Clodosbaldo RussianPrograma Nacional de Formacin
en Electrnica
Variables de proceso
Profesora:Nombre:Jess DazGuillermo Ovalle C.I-20307300Karen
Rodrguez C.I.- 20307300Jos Romero C.I-24873520
Caracas, Mayo de 2015INDICEContenido:
Introduccin..................
Sistemas de medicin y control......
Clasificaciones de los Instrumentos Instrumentos por Funcin..
Instrumentos por Variable de Proceso....
Medidas de Presin. Indicadores locales de Presin. Interruptores
de Presin. Transmisores de Presin
Medidas de Caudal..... Medidores Deprimgenos.. Medidores de rea
Variable.. Medidores de Desplazamiento Positivo.. Medidores
Msicos.
Medidas de Temperatura.... Indicadores locales de Temperatura
(termmetros).... Elementos Primarios de Temperatura...
Medidas de Nivel.... Indicadores de nivel de Vidrio..
Indicadores de nivel Magnticos... Indicadores de nivel con
Manmetro.. Indicadores de nivel de Cinta, regleta o
flotador/cuerda... Interruptor de Nivel por Flotador... Interruptor
de Nivel por Lminas Vibrantes. Transmisor de Nivel por
Desplazador.. Transmisor de Nivel por Servomotor.. Transmisor de
Nivel por Burbujeo. Transmisor de Nivel por presin Hidrosttica y
Diferencial. Transmisores de Nivel Conductivos Transmisores de
Nivel Capacitivos. Transmisores de Nivel Ultrasnicos...
Transmisores de Nivel por Radar Transmisores de Nivel
Radioactivos...
Medidas de Anlisis..
Elementos finales de Control..
Conclusin...Pag.
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INTRODUCCION
Cuando uno mira a su alrededor percibe que los instrumentos de
medida estn en todas partes es por ello que el sistema de medicin y
control es utilizada, por ejemplo, para tomar la decisin a ajustar
o no un proceso La medicin de datos, se compara con los lmites de
control estadsticos del proceso, y si la comparacin indica que el
proceso est fuera de control, entonces se realiza algn tipo de
ajuste. Otro uso de la medicin de datos es determinar si existe una
relacin significativa entre dos o ms variables.
En el siguiente trabajo de investigacin se hablara de las
variables de proceso donde se har una breve explicacin de la
clasificacin de los instrumentos de medicin como son los
instrumentos por funcin y los instrumentos por variable de proceso.
Pasando a explicar cada uno de los tipos de medicin que existen
ventajas y desventajas, donde hablaremos ms detalladamente sobre
las medidas de caudal, de temperatura y de nivel.
Tambin podremos encontrar una breve explicacin sobre las medidas
de presin y medidas de anlisis para luego pasar a los elementos
finales de control.
A continuacin se muestra el desarrollo del mismo esperando que
sea una lectura de fcil compresin.
SISTEMAS DE MEDICIN Y CONTROL
Los instrumentos de medicin y control son relativamente
complejos y su funcin puede entenderse si se clasifican de manera
adecuada. Dos clasificaciones bastante extendidas pueden ser: por
funcin del instrumento y otra por variable de proceso a medir.
Clasificaciones de los Instrumentos
Instrumentos por FuncinLos instrumentos por tipo de funcin
pueden subdividirse en los siguientes tipos:
Elementos Primarios: Son aquellos instrumentos que estn en
contacto con el fluido o variable, utilizando o absorbiendo energa
del medio controlado para dar al sistema de medicin una indicacin
en respuesta a la variacin de la variable controlada. Los ejemplos
ms tpicos son ls placas de orificio y los elementos de temperatura
(termopares o termorresistencias). Cabe indicar que a los
instrumentos compactos como manmetros, termmetros, transmisores de
presin, etc. ya se supone que el elemento primario est incluido
dentro del propio instrumento. Transmisores: Son aquellos
instrumentos que captan la variable de proceso, generalmente puede
ser a travs de un elemento primario, y la transmiten a distancia en
forma de seal neumtica (3-15 psi), electrnica (4-20 mA), pulsos,
protocolarizada (hart) o bus decampo (Fieldbus Foundation,
Profibus, etc.). Estos instrumentos dan una seal continua de la
variable de proceso. Dentro de los transmisores los hay ciegos (sin
indicador local) y con indicador local incorporado. Indicadores
Locales: Son aquellos instrumentos que captan la variable de
proceso y la muestran en una escala visible localmente. Los
indicadores locales ms utilizados son los manmetros (presin),
termmetros (temperatura), rotmetros (caudal), etc. Normalmente
estos instrumentos no llevan electrnica asociada, aunque tambin se
consideran indicadores locales a los indicadores electrnicos
conectados a los transmisores. Estos ltimos pueden ser analgicos o
digitales. Interruptores: Son aquellos instrumentos que captan la
variable de proceso, y para un valor establecido actan sobre un
interruptor. Es decir, cambian de estado de reposo a activado
cuando el proceso llega a un valor predeterminado. Es un
instrumento todo-nada. Los instrumentos ms habituales son los
presostatos (presin), termostatos (temperatura), interruptores de
nivel, flujostatos (caudal), etc. Convertidores: Son aquellos
instrumentos que reciben un tipo de seal de un instrumento y la
modifican a otro tipo de seal. Pueden ser convertidores de seal
neumtica a electrnica, de mV a mA, de seal continua a tipo
contacto, etc. Se usan habitualmente por necesidades de los
sistemas de control de homogeneizacin. Elementos finales de
control: Son aquellos instrumentos que reciben un tipo de seal
procedente de un controlador y modifica el caudal del fluido o
agente de control. Los ms habituales son las vlvulas de control,
servomotor o variador de frecuencia. Otros tipos de instrumentos
cada vez menos utilizados son los registradores y controladores
Instrumentos por Variable de Proceso A continuacin se pasa a
desglosar en detalle las posibles variables de proceso a medir, y
los diferentes tipos por funcin.
Medidas de Presin La medicin de presin, junto a la de
temperatura y nivel, son las variables de proceso ms utilizadas en
los procesos industriales. No es este el curso en el que se deba
explicar fsicamente en que consiste la presin, pero si es bueno
indicar que las medidas de presin comnmente utilizadas en la
industria son: Presin relativa o manomtra. Presin absoluta. Presin
diferencial.
Se clasifican en:
Indicadores locales de PresinLos indicadores de presin o
manmetros ms utilizados son los basados en el tubo bourdon. El tubo
bourdon es un tubo de seccin elptica que forma un anillo casi
completo, cerrado por un extremo. Al aumentar la presin en el
interior del tubo, este tiende a enderezarse y el movimiento es
transmitido a la aguja indicadora. El efecto es similar al
producido por un matasuegras. El metal solo se puede deformar
dentro de un rango limitado para evitar la deformacin permanente.
El material habitualmente utilizado suele ser acero inoxidable o
aleaciones especiales tipo hastelloy o monel. Los rangos de
utilizacin son desde 0 bar a cientos de bar.
Interruptores de Presin: Los interruptores de presin o
presostatos, utilizan las mismas tecnologas que los manmetros, con
la diferencia que se les incluye un contacto elctrico calibrado aun
valor de presin, de tal manera que dicho contacto cambia de estado
cuando el valor de la presin llega a dicho valor.
Transmisores de PresinEste tipo de instrumentos de presin
convierten la deformacin producida por la presin en seales
elctricas. Una diferencia respecto a los anteriores es la necesidad
de incluir una fuente de alimentacin elctrica, mientras que tienen
como ventaja las excelentes caractersticas dinmicas, es decir, el
menor cambio producido por deformacin debida a la presin, es
suficiente para obtener una seal perfectamente detectable por el
sensor. A continuacin relatamos brevemente algunas de las
tecnologas ms habitual es para los transmisores de presin y presin
diferencial.
Transmisores de Presin Capacitivos: Son instrumentos que se
basan en la variacin de capacidad que se produce en un condensador
al desplazarse una de sus placas por la aplicacin de presin. La
placa mvil tiene forma de diafragma y se encuentra situada entre
dos placas fijas. Transmisores de Presin Resistivos: Son
instrumentos que se consisten en un elemento elstico (tubo bourdon
ocpsula), que vara la resistencia hmica de un potencimetro en
funcin de la presin. Son instrumentos sencillos y la seal de salida
es potente, por lo que no requiere de amplificacin. Son insensibles
a pequeas variaciones, sensibles a vibraciones y tienen peor
estabilidad que otras tecnologas. Transmisores de Presin
Piezoresistivos o Strain Gage: Estn basados en la variacin de
longitud y dimetro, y por lo tanto de resistencia, que tiene lugar
cuando un hilo de resistencia se encuentra sometido a una tensin
mecnica por la accin de una presin. El hilo o galga forma parte de
un puente de Wheatstone, que cuando est sin tensin tiene una
resistencia elctrica determinada. Cualquier variacin de presin que
mueva el diafragma del transductor cambia la resistencia de la
galga y desequilibra el puente. Una innovacin de esta tecnologa lo
constituyen los transductores de presin de silicio difundido, al
que se le aaden microprocesadores para aadir inteligencia al
instrumento. La precisin es del orden de 0,2%. Transmisores de
Presin de Equilibrio de Fuerzas: En estos transmisores el elemento
mecnico de medicin (tubo bourdon, espiral,fuelle,etc.) ejerce una
fuerza sobre una barra rgida del transmisor. Para cada valor de
presin, la barra adopta una posicin determinada excitndose un
transductor de desplazamiento tal como un detector de inductancia,
un transformador diferencial o un detector fotoelctrico. Un
circuito oscilador asociado con cualquiera de estos detectores
alimenta una unidad magntica y la fuerza generada reposiciona la
barra de equilibrio de fuerzas.
Medidas de CaudalLas medidas de caudal tienen una gran
importancia dentro de los procesos ya que se utilizan habitualmente
para control del proceso y para medidas de contabilidad
(facturacin, importacin/exportacin de productos, etc.), por lo que
la seleccin de la mejor tecnologa tiene una gran implicacin. Hay
muchas formas de diferenciar los diferentes tipos de mediciones de
caudal, siendo una de ellas la siguiente: Medidores Deprimgenos
Medidores de rea Variable. Medidores de Desplazamiento Positivo.
Medidores Msicos.
Medidores DeprimgenosEl mtodo ms ampliamente utilizado para la
medida de caudal en las plantas de proceso es el utilizado por
presin diferencial. Para esto se utilizan elementos primarios del
tipo: Tubos Venturi. Toberas. Tubos Pitot. Placas de orificio.
Tubos Annubar.
Tubos Venturi: Los tubos Venturi son unos elementos primarios de
caudal del tipo Deprimgenos que se componen de tres partes bien
diferenciadas, una seccin de entrada cnica convergente en la que la
seccin transversal disminuye, lo que se traduce en un aumento de la
velocidad del fluido y una disminucin de la presin, una seccin
cilndrica en la que se sita la toma de baja presin, y donde la
velocidad del fluido se mantiene prcticamente constante, y por
ltimo una tercera seccin de salida cnica divergente en la que la
seccin transversal aumenta disminuyendo la velocidad y aumentando
la presin. Toberas: Las Toberas presentan una entrada curvada que
se prolonga en un cuello cilndrico, si bien el coeficiente de
descarga es similar al del tubo venturi, la cada de presin es
similar a la de la placa orificio, en las mismas condiciones. Las
toberas son habitualmente utilizadas cuando se requiere una
precisin mayor que la que pueden aportar las placas de orificio.
Tubos Pitot: Los tubos Pitot son una de las formas de medir caudal
ms antigua. Los tubos Pitotson instrumentos sencillos, econmicos y
disponibles en un amplio margen de tamaos. Si se utilizan
adecuadamente pueden conseguirse presiones moderadas, y aunque su
principal aplicacin sea para medir la velocidad del aire, se usan
tambin para medir el caudal en grandes conductos y con cualquier
gas. La principal desventaja de esta tcnica es cuando existen bajas
velocidades de fluido.Tambin se puede utilizar para medir lquidos
aunque se corre el peligro de rotura de la sonda. Placas de
Orificio: Las Placas de Orificio son las ms utilizadas y consiste
en una placa perforada que se instala en la tubera. Para captar la
presin diferencial es necesario conectar dos tomas, una antes y
otra despus de la placa. Annubar: El tubo Annubar es una innovacin
del tubo Pitot. Consta de un tubo exterior situado a lo largo de un
dimetro transversal de la tubera, y de dos tubos interiores. El
tubo exterior consta de cuatro orificios en la cara aguas arriba de
la corriente, que se utilizan para interpolar los perfiles de
velocidad y poder realizar un promedio, y otro orificio en el
centro del tubo pero en la cara aguas debajo de la corriente.
Medidores de rea VariableLos medidores de caudal por rea
variable utilizan el mismo principio de medida que los medidores
por presin diferencial, es decir, la relacin entre la energa
cintica y la energa debida a la presin.En estos instrumentos el rea
de la restriccin cambia al mismo tiempo que el caudal,
permaneciendo constante la presin diferencial. El instrumento de
rea variable por excelencia es el rotmetro, el cul consta
bsicamente de un tubo vertical troncocnico, de cristal o con
armadura metlica, en cuyo interior se encuentra un flotador. El
fluido entra por la parte inferior del tubo, arrastrando el
flotador en direccin ascendente. Al ascender el flotador va dejando
libre un rea en forma anular hasta que la fuerza producida por la
presin diferencial en las caras superior e inferior del flotador se
equilibra. Es por lo tanto un sistema basado en equilibrio de
fuerzas. La posicin de equilibrio alcanzada por el flotador dentro
del tubo es una indicacin directa del caudal de paso, marcado sobre
el propio tubo o armadura. Esta tcnica de medicin se utiliza para
bajos caudales y fluidos limpios.
Medidores de Desplazamiento Positivo Los medidores de
desplazamiento positivo operan atrapando un volumen unitario y
conocido de lquido, desplazndolo desde la entrada hasta la salida,
y contando el nmero de volmenes desplazados en un tiempo
determinado. En cada medidor se pueden destacar tres componentes:
Cmara. Desplazador. Mecanismo que cuenta en nmero de veces que el
desplazador se mueve.
Un punto importante a tener en cuenta en este tipo de
instrumentos, es el conseguir una buena estanqueidad de las partes
mviles, evitando un par de rozamiento inaceptable y que la cantidad
de lquido de escape a travs del medidor sea moderada. Por esto es
necesario calibrar el medidor para varios caudales, dentro del
margen de utilizacin y con un fluido de viscosidad conocida. Con
este tipo de instrumentos la medida es directa, sin tener que
recurrir a ningn tipo de clculo.
Medidores MsicosLos medidores de caudal msicos estn diseados
para medir directamente el caudal del fluido en unidades de masa,
como por ejemplo Kg/h, en lugar de medir el caudal en volumen, como
m3/h.Se suelen utilizar dos tecnologas: Instrumentos volumtricos
compensados por Presin y Temperatura. Medidores msicos
directos.
El primer tipo ms sencillo puede ser una placa de orificio, con
transmisor depresin diferencial compensado por presin y temperatura
incorporadas en el mismo conjunto. Del segundo tipo, el ms
utilizado es el medidor por efecto coriolis. Segn este efecto, un
objeto que se mueve en un sistema de coordenadas que rota con una
velocidad angular experimenta una fuerza coriolis proporcional a la
masa y velocidad del fluido, as como a la velocidad del sistema.
Los medidores del tipo coriolis pueden ser de tubo en U o tubo
recto.
Medidores magnticos: Como su nombre indica, este tipo de
instrumento se basa en las leyes de los campos magnticos. A grandes
rasgos, el instrumento lleva unos electrodos, siendo la f.e.m..
generada a travs de los electrodos directamente proporcional a la
velocidad media del fluido. El material de los electrodos tiene que
ser compatible con el fluido. Medidores Ultrasnicos: Como su nombre
indica, este tipo de instrumento mide el caudal por diferencia de
velocidades del sonido al propagarse este en el sentido del fluido
y en el sentido contrario. Medidores Vortex: Utilizados
principalmente para medir gases, aunque a veces tambin se utilizan
para lquidos y vapores. Tiene una baja prdida de carga, larga
estabilidad y amplios rangos de medida.
Medidas de TemperaturaAl igual que las medidas de presin y
nivel, la medida de temperatura en una de las variables de proceso
ms utilizadas en los procesos industriales. No es este el curso en
el que se deba explicar fsicamente en qu consiste la temperatura
pero si es bueno indicar que las medidas de temperatura para su
transmisin remota se producen como consecuencia de una serie de
fenmenos que a continuacin enumeramos: Efecto Seebeck (Generacin de
una f.e.m. por el efecto de variacin de la tra. entre un bimetal o
termopar). Efecto Peltier (efecto contrario al Seebeck, al generar
una corriente en un bimetal, se desprende calor). Efecto Thomson
(diferencia de densidad de electrones en diferentes puntos de un
hilo a distinta temperatura).
As como se utilizan diversos fenmenos, tales como: Variaciones
en volumen o estado de cuerpos (termmetros de mercurio, gases,
etc.). Variacin de la resistencia de un conductor
(termorresistencias). Variacin de la resistencia de un
semiconductor (termistores). F.e.m. creada en la unin de dos
bimetales (termopares). Intensidad de radiacin (pirmetros pticos).
Etc.
Al igual que casi todas las variables de proceso, las
limitaciones de las diferentes tecnologas de medicin dependen de la
precisin requerida, velocidad de respuesta, condiciones del
proceso, etc. A diferencia de otras mediciones, cabe mencionar que
las medidas de temperatura, en general, tienen una inercia bastante
ms elevada que otras variables de proceso como la presin o caudal
(casi instantneas).
Indicadores locales de Temperatura (termmetros).Los indicadores
de temperatura ms utilizados en la industria son los termmetros
bimetlicos. Los termmetros bimetlicos se basan en el diferente
coeficiente de dilatacin existente entre dos metales diferentes y
unidos. Otro tipo de termmetro utilizado es el llamado de termmetro
de Bulbo. Estos consisten esencialmente en un bulbo conectado por
un tubo capilar a una espiral. Cuando la temperatura del bulbo
vara, el volumen del gas del interior vara, enrollndose o
desenrollndose la espiral moviendo la aguja en consecuencia. Adems
de un gas, tambin es posible que los bulbos contengan lquido, vapor
o mercurio.
Elementos Primarios de Temperatura. En primer lugar cabe indicar
que para la transmisin de medidas de temperatura se necesitan dos o
tres equipos, que son termopozo, elemento primario y si se quiere
llevar una seal de 4-20 mA, convertidor de temperatura. En este
apartado hablaremos de los elementos primarios o sensores de
temperatura. Existen dos tipos de elementos primarios que son los
termopares y las termoresistencias. En ambos casos, la adicin de un
convertidor basado en microprocesador, hace que las seales se
conviertan a una forma mas estandarizada (4-20 mA, hart, etc.).
Termopares: El termopar se basa en el efecto descubierto por
Seebeck, de la circulacin de una corriente en un circuito formado
por dos metales diferentes cuyas uniones se mantienen a distinta
temperatura. Por el efecto Seebeck y una serie de leyes
fundamentales, se ha llegado a la conclusin de que en el circuito
correspondiente se desarrolla una pequea tensin continua
proporcional a la temperatura de la unin de medida, siempre que
haya una diferencia de temperaturas con la unin de referencia.
Termorresistencia: Si se construye una bobina de un hilo metlico y
se mide su resistencia a una temperatura conocida, se puede
utilizar la medida de la resistencia a otra temperatura para
conocer esta temperatura, este es el fenmeno en el que se basan las
termorresistencias, es por lo tanto una medida indirecta ya que no
se mide directamente. Para ello se requiere un circuito de medida
para inferir la temperatura partiendo de la resistencia. El
circuito habitualmente utilizado es el puente de Wheatstone. En
este caso es necesario compensar la resistencia de los cables que
forman la lnea desde la termorresistencia al sistema de medida. Los
materiales que se usan normalmente en las sondas de resistencia son
el platino y el nquel. El platino es el elemento ms adecuado desde
el punto de vista de precisin y estabilidad, pero tambin es el ms
caro. Termopares o Termorresistencias: En cualquier proyecto surge
la eterna pregunta a la hora de especificar los elementos primarios
de temperatura, Qu instalamos termopares o termorresistencias?. La
respuesta a esta pregunta, habitualmente la contestan las
especificaciones del cliente final o unos criterios de diseo de
cumplimiento. Medir la temperatura con un termopar, requiere medir
adems la temperatura de la junta fra, siendo sta una fuente de
posibles errores, adems, se suele instalar el cable de extensin de
termopares lo que suele dar un error adicional. Estos errores
secundarios suelen ser ms importantes que los del propio sensor. La
exactitud de una termorresistencia es mejor que la de un termopar,
ya que no requiere de una compensacin de una junta fra y no
requiere de cables de extensin.Otro factor importante es el
concepto de la deriva. Los termopares son propensos a tener deriva,
desviacin permanente de una seal que se produce de forma muy lenta
a lo largo de un cierto periodo de tiempo, producidos por la propia
naturaleza de construccin. La velocidad de respuesta es similar en
ambos casos, siendo el coste del termoparmas barato como equipo,
aunque ms caro como instalacin cuando se requiere cable de
compensacin. El elemento primario es la punta del iceberg en cuanto
al coste conjunto. Convertidores o Transmisores de Temperatura:
Estos equipos son instalados cuando se requiere una medida de 4-20
mA a la entrada del sistema receptor. Lo que hacen es convertir la
seal del termopar o termorresistencia a una seal de salida del tipo
4-20 mA. Hoy en da, los convertidores son capaces de admitir
cualquier tipo de elemento primario, siendo solo necesaria una
pequea configuracin y calibracin. Estos equipos pueden ir
instalados en la propia cabeza de conexiones del elemento primario,
en un armario (rail DIN), o con una envolvente tipo transmisor.
Interruptores de Temperatura o Termostatos: Las tecnologas son las
mismas, con la diferencia que se les incluye un contacto elctrico
calibrado a un valor de temperatura, de tal manera que dicho
contacto cambia de estado cuando el valor de la temperatura.
Medidas de NivelLa medicin de nivel quizs sea la que ms
tecnologas disponen para su medicin, y al contrario que el resto de
las variables de proceso, existen en el mercado diversos sistemas
de medicin para las mismas aplicaciones. Es por ello que tambin la
complicacin que tienen los usuarios finales para poder seleccionar
un sistema de medicin. La forma de seleccionar la tecnologa casi
siempre depende de dos factores como son el precio y la precisin
requerida, aparte de la validez de la tecnologa para nuestro
proceso. En el pasado, las tecnologas de medicin estaban basadas
principalmente en mtodos mecnicos y neumticos, hasta la llegada de
la tecnologa electrnica. A continuacin se da una ligera visin de
una seleccin representativa de las tcnicas de medicin de nivel ms
comnmente utilizadas.
Indicadores de nivel de Vidrio Era la medicin de nivel ms
utilizada en la industria para indicaciones locales, aunque cada
vez ms, es sustituido por los indicadores de nivel magnticos. El
sistema de medicin est basado en el principio de vasos
comunicantes. Se utiliza para lquidos limpios. El depsito requiere
de dos conexiones para conectar el nivel, instalando entre las
conexiones del nivel y el depsito unas vlvulas de aislamiento para
poder separar ambos sistemas. Ventajas: Sencillo de instalar y
barato (depende de presiones y temperaturas).Inconvenientes: No
vlido para fluidos sucios, viscosos, no permite instalar
dispositivos para retransmitir las seales.
Indicadores de nivel Magnticos Es la medicin de nivel ms
utilizada en la industria para indicaciones locales. Al igual que
los niveles de vidrio, el sistema de medicin est basado en el
principio de vasos comunicantes, con la diferencia que se sustituye
el vidrio transparente por una serie de lminas magnticas que van
cambiando de posicin, y por lo tanto de color, a medida que
detectan nivel. Ventajas: Sencillo de instalar y es posible
utilizar con altas presiones y temperaturas. Se le pueden acoplar
contactos para utilizar como interruptor de nivel.Inconvenientes:
No vlido para fluidos sucios o viscosos.
Indicadores de nivel con ManmetroEs una medicin de nivel
sencilla, que se puede utilizar en tanques atmosfricos donde no se
requiere una alta precisin. El mtodo consiste en instalar un
manmetro diferencial en la parte baja del depsito, con una conexin
al tanque y la otra a la atmsfera. De esta manera el manmetro medir
la columna de agua correspondiente. En caso de que el lquido no sea
agua, se debe compensar la medida con la densidad del lquido.
Ventajas: Sencillo de instalar y muy barato.Inconvenientes: Poco
preciso y sensible a los cambios de densidad.
Indicadores de nivel de Cinta, regleta o flotador/cuerdaEs una
forma de medir nivel local de manera sencilla y utilizada
principalmente en tanques atmosfricos, donde por la dimensin del
mismo no sale rentable la instalacin de otra tecnologa de medicin.
El sistema de medicin consiste en un flotador, un cable fino, dos
apoyos y un contrapeso en la parte exterior del tanque. En la parte
exterior del tanque se coloca una varilla graduada, que con la
posicin del contrapeso indica el nivel del tanque. Ventajas:
Tecnologa sencilla, adecuado para diversos productos y
precisos.Inconvenientes: No vlido para fluidos sucios o viscosos, y
requiere de una instalacin mecnica un poco complicada.
Interruptor de Nivel por FlotadorEs una medicin de nivel
sencilla y utilizada cuando se requiere detectar un lmite de nivel
(alto, bajo, para realizar un permisivo o enclavamiento, etc.). La
seal de salida es un contacto que cambia de estado cuando el lquido
llega al punto donde se ha calibrado el flotador y no se tiene
indicacin local ni continua. El mtodo consiste en un flotador, boya
o cuerpo flotante montado sobre un brazo mvil ya coplado
magnticamente a un microinterruptor (externo al proceso). Tambin
hay versiones que consisten en un flotador redondo con un pequeo
imn que sube a lo largo del tubo. En el tubo hay uno o varios rels
de lminas, que harn conmutar el rel a medida que el flotador (imn)
pase. Ventajas: Sencillo de instalar, adecuado para muchos
productos y barato.Inconvenientes: Mal funcionamiento con productos
viscosos, adherentes, etc. y requiere de una instalacin directa al
tanque, o a travs de una derivacin del mismo.
Interruptor de Nivel por Lminas VibrantesEs una medicin de nivel
sencilla y, al igual que los anteriores, es utilizada cuando e
requiere detectar un lmite de nivel (alto, bajo, para realizar un
permisivo o enclavamiento, etc.). La seal de salida es un contacto
que cambia de estado cuando el lquido llega al punto donde se ha
calibrado. El mtodo consiste en una horquilla oscilante preparada
para que oscile en el aire a una resonancia determinada. Si la
horquilla se recubre del lquido a detectar, la frecuencia de
resonancia se reduce o amortigua completamente, transmitindose como
una de salida. El tipo de horquilla y la frecuencia de resonancia
sern seleccionados en funcin del lquido a detectar. Ventajas:
Sistema de aplicacin universal, no requiere ajustes, montaje
sencillo y relativamente barato.Inconvenientes: Mal funcionamiento
con slidos de un determinado tamao de grano, ya que los grnulos se
pueden quedar atrapados entre las horquillas.
Transmisor de Nivel por Desplazador Es una medicin de nivel
sencilla en cuanto a tecnologa, y el mtodo consiste por
desplazamiento de un flotador, boya o cuerpo flotante, y basado en
la diferencia entre el peso del flotador y la fuerza de flotacin
hacia arriba que el medio ejerce sobre el cuerpo de desplazamiento.
La fuerza de flotacin hacia arriba depende del volumen del cuerpo
de desplazamiento, la densidad relativa y el nivel del medio.
Obviamente para que el cuerpo se desplace, debe ser ms pesado que
el medio. La fuerza diferencial se transmite a un medio de
transmisin basado en una de barra de torsin, acoplado a un
transductor que transforma la fuerza en una seal acondicionada y
estndar, siendo esta habitualmente 4-20 mA. Lo ms habitual es
montar el desplazador en un tubo portante, y colocarlo externamente
al tanque, con el fin de mejorar las condiciones de mantenimiento,
calibracin y estabilidad del producto. Ventajas: Sistema bastante
preciso.Inconvenientes: Sistema que depende de la densidad del
producto y el mtodo de instalacin requiere equipamiento
mecnico.
Transmisor de Nivel por Servomotor. Es una medicin de transmisin
de nivel cuyo sistema consiste en que en la parte superior del
depsito o silo, un tambor impulsado por un motor elctrico hace
descender un fleje sonda lastrado por un peso en su extremo. Una
rueda de medicin e interruptores de proximidad generan pulsos en lo
que est descendiendo el fleje. Cuando el peso llega al producto, el
fleje se destensa y el motor invierte el sentido de giro y devuelve
al peso a su posicin de reposo. El nmero de pulsos medido durante
el descenso se resta de la altura total del depsito mediante un
contador previamente puesto a cero. Ventajas: Sistema adecuado para
depsitos/silos altos, buena precisin y vlido para diversos
productos.Inconvenientes: Requiere bastante mantenimiento y tienen
consumo elctrico.
Transmisor de Nivel por BurbujeoEs una medicin de nivel sencilla
en cuanto a tecnologa, y el mtodo consiste en medir la presin
hidrosttica en un tanque, insertando un tubo delgado en el lquido y
aplicando aire comprimido en el tubo, de modo que se empuja hacia
abajo la columna de lquido del tubo hasta que salgan burbujas de
aire del lquido. La presin de aire en el tubo es entonces igual a
la presin de la columna de lquido y se puede medir con un
transmisor de presin, que convierte la presin en 4-20 mA. El aire
comprimido se puede sacar de la red de aire de planta o aire de
instrumentos, debindose ajustar por medio de un rotmetro. Este
mtodo se usa habitualmente cuando es un depsito o foso abierto, con
fluidos sucios o corrosivos,etc.Ventajas: Sistema bastante sencillo
y apto para todo tipo de lquidos. Inconvenientes: Sistema que
requiere de aire comprimido, as como tiene un gasto contino de
aire. No utilizable en depsitos presurizados.
Transmisor de Nivel por presin Hidrosttica y Diferencial.Es una
medicin de nivel sencilla y basada en el mismo sistema que
Indicadores de nivel con Manmetro. La presin hidrosttica de la
columna de lquido se mide directamente con un transmisor de presin
o de presin diferencial. El transmisor se monta en la parte ms baja
del depsito. En el caso de depsitos presurizados, es necesaria la
instalacin de un transmisor de presin diferencial, de modo que a un
lado de la cmara se mida la presin ejercida por la columna del
lquido, mas la sobrepresin del proceso, y en el otro slo la
sobrepresin. De esta manera la diferencia de presin es el peso de
la columna del lquido. Ventajas: Sistema bastante sencillo y buena
precisin.Inconvenientes: Sistema que depende de la densidad y
relativamente costoso por la instalacin requerida.
Transmisores de Nivel Conductivos Es una medicin de nivel
utilizada para aquellos productos que sean conductivos. Se mide la
diferencia de conductividad en un electrodo parcialmente aislado
cuando la sonda est cubierta por el producto conductivo, y cuando
no lo est. La pared metlica del tanque se puede emplear como
segundo electrodo, o si no es posible se debe introducir otro
electrodo en el tanque. Ventajas: Sistema bastante sencillo, buena
precisin, no muy caro y se puede utilizar como interruptor
Inconvenientes: Se debe tener cuidado en aquellos productos que
puedan variar su conductividad, as como los que puedan tener la
posibilidad de depositarse en la superficie de los electrodos.
Transmisores de Nivel CapacitivosEs una medicin de nivel
bastante utilizada y el principio de medicin consiste en que una
sonda metlica (aislada) y la propia pared del depsito actan como
dos placas de un condensador. La capacidad del condensador depende
del medio que haya entre la sonda y la pared. Si slo hay aire, es
decir, si el depsito est vaco, la capacidad del conductor es baja.
Cuando parte de la sonda est cubierta por el producto, la capacidad
se incrementar. El cambio en la capacidad se convertir a una medida
estndar, habitualmente siendo esta 4-20 mA. Ventajas: Adecuado para
productos corrosivos.Inconvenientes: Por el principio de medicin
utilizado, est limitado a productos con propiedades elctricas
constantes.
Transmisores de Nivel UltrasnicosEs una medicin de nivel
bastante utilizada cuando se pretende evitar el contacto entre el
instrumento y el producto, por problemas de agresividad del
producto, etc. Consisten en que el mtodo de reflexin del sonido se
basa en el principio de retorno de un pulso de sonido emitido por
un sensor. El pulso ultrasnico emitido se refleja en la superficie
del producto y el mismo sensor vuelve a detectarlo despus de un
tiempo. El tiempo de retorno es proporcional a la altura vaca del
tanque, y por lo tanto al nivel del mismo. Ventajas: Adecuado para
productos que sean problemticos al contacto.Inconvenientes: Da
problemas en aquellos productos que puedan formar espuma. No es
apto para fluidos a altas presiones y temperaturas, as como para
procesos al vaco.
Transmisores de Nivel por RadarEs una medicin de nivel bastante
utilizada cuando se pretende evitar el contacto entre el
instrumento y el producto, por problemas de agresividad del
producto, etc. Consisten en que el mtodo de reflexin de las
microondas y se basa en el principio de retorno de un pulso de
microondas emitido por un sensor. Las microondas se reflejan por la
diferencia de impedancia entre el aire y el producto y el mismo
sensor vuelve a detectarla. El tiempo de retorno es proporcional a
la altura vaca del tanque, y por lo tanto al nivel del mismo.
Ventajas: Adecuado para productos que sean problemticos al
contacto. Fcil instalacin y vlido para altas presiones y
temperaturas.Inconvenientes: El producto debe tener una constante
dielctrica mnima determinada.
Transmisores de Nivel RadioactivosEs una medicin de nivel poco
utilizada, y slo se usa cuando el producto o las condiciones as lo
requieren (tanques de cido sulfrico o fluorhidrico, muy altas
presiones, temperaturas, altas viscosidades, etc.). Este mtodo de
medicin tiene la particularidad de que no hay contacto con el
fluido, ya que utiliza el principio de radiacin gamma. La radiacin
gamma no requiere equipo dentro del depsito puesto que penetra
fcilmente las paredes del tanque. El mtodo se basa en el hecho de
que la radiacin electromagntica que emite una fuente de rayos gamma
alcanza el detector sin impedimentos cuando el tanque est vaco,
pero es absorbida en mayor grado cuanto ms lleno est el depsito.
Ventajas: Adecuado para todos los productos y condiciones, y no
requiere de modificaciones en los depsitos.Inconvenientes: Equipo
caro y requiere de unas condiciones de seguridad especiales
(productos radioactivos) en transporte, instalacin y operacin.
Medidas de Anlisis Una variante muy especfica de las variables
de proceso son las medidas de anlisis (variables fsicas y qumicas).
En el mundo de las plantas industriales existen infinidad de
variables que se pueden medir, siendo estas tan complejas como uno
se pueda imaginar. No es misin de este curso el entrar en detalle
sobre todas y cada una de las variables, as como en las posibles
tecnologas. Tampoco existe una diferenciacin clara de cmo
clasificar dichas tecnologas. Un punto muy importante a tener en
cuenta es que la mayora de los analizadores requieren de un sistema
de extraccin de la muestra, de una lnea de transporte de la muestra
y de un sistema de acondicionamiento de muestras. En algunos casos
es ms importante el transporte y acondicionamiento que el propio
analizador. A continuacin simplemente enumeramos las medidas de
anlisis ms utilizadas en la industria y plantas de proceso, de
acuerdo a la anterior clasificacin.
Analtica de Agua-Vapor: Los parmetros mas medidos en los ciclos
agua-vapor son: Conductividad. pH. Oxigeno Disuelto. Ozono. Slidos
en suspensin Slice. Cloro. Slice. Sodio. Fosfatos. Turbidez.
Hidradica. Cloro. TOC (Carbono Orgnico Total) Hierro/Cobre.
La misin principal de este tipo de analizadores, es la de
controlar dichosparmetros, para poder proteger sistemas y avisar de
la necesidad de tratar qumicamente los fluidos (dosificar), as como
para comprobar la calidad de ciertos fluidos bien de consumo o de
sus efluentes.
Analtica de Emisiones y Condiciones Atmosfricas: Los parmetros
ms medidos para la monitorizacin de emisiones son: Contenido de
Oxigeno. COV (Compuestos Orgnicos Voltiles) CO. CO2. SO2. NOx.
Opacidad (partculas).
La misin principal de este tipo de analizadores, es la de
controlar las emisiones a la atmsfera de las plantas
industriales.Hoy en da, y sobre todo a partir de los requerimientos
del protocolo de Kioto, estas medidas se estn requiriendo cada vez
ms para poder controlar las emisiones.
Analtica de otros parmetros Fsicos-Qumicos: Aparte de los
parmetros anteriormente indicados, que quizs sean los ms empleados
en la mayora de las plantas de proceso, existen otros muchos
parmetros ms especficos dependiendo del tipo de proceso. Entre
otros se podran enumerar: Pour Point (Refinacin y Petroqumicas).
Presin de Vapor Reid PVR (Refinacin y Petroqumicas). Punto de
Inflamacin (Refinacin y Petroqumicas). Punto de Nube (Refinacin y
Petroqumicas). Punto de Congelacin (Refinacin y Petroqumicas).
Viscosidad (Refinacin y Petroqumicas). Color (Refinacin y
Petroqumicas). Poder Calorfico (Refinacin y Petroqumicas). Indice
de Wobbe (Refinacin y Petroqumicas). Punto de destilacin (Refinacin
y Petroqumicas). H2S en Hidrocarburos (Refinacin y Petroqumicas).
Azufre Total en Hidrocarburos (Refinacin y Petroqumicas).
Hidrocarburos en Agua (Refinacin y Petroqumicas). Cromatografa de
gases (composicin de gases). Indice de refraccin (Refinacin y
Petroqumicas). Monitor de sal en crudo (Refinacin y Petroqumicas).
Humedad relativa en gases (Refinacin, Petroqumicas, Plantas de
prod. Gases, etc.). Punto de Roco en gases (Refinacin,
Petroqumicas, Plantas de prod. Gases, etc.). Pureza de Oxigeno
(Plantas de prod. Gases). Trazas de N2 en corriente de Argn
(Plantas de prod. Gases). Pureza de O2 (Plantas de prod. Gases).
Trazas de O2 (Plantas de prod. Gases). Densidad en lquidos Deteccin
de Interfases. Consistencia (Papeleras). Blancura (Papeleras).
Por ltimo otra variante de los analizadores son los detectores
de gases y fuego. Estos son utilizados en las plantas para detectar
fugas de gases peligrosos para el cuerpo humano (H2SO4, HF,
Amoniaco, etc.), o por posibles explosiones (gases dehidrocarburos,
etc.).
Elementos finales de ControlEn la mayor parte de los procesos
industriales aparecen lazos de control formados por tres elementos
tpicos: transmisor, regulador y vlvula. Actuando conjuntamente
garantizan una operacin controlada y eficiente de la planta junto
con otros equipos automticos. Los avances de la electrnica en la
instrumentacin industrial han ido desplazando a la neumtica clsica
que fue pionera en la automatizacin. Ms recientemente la
incorporacin de la electrnica digital permite usar transmisores
inteligentes, sistemas de control distribuido y avanzado
optimizando, an ms, los procesos de produccin. A diferencia de
otros instrumentos, la vlvula de control est siempre modulando
energa y es pieza clave que puede minimizar la eficacia de un
sistema de control sofisticado y caro. Es por esto la necesidad de
elevar el nivel de exigencia en los criterios de seleccin de las
vlvulas de control para lo que se requiere una mayor formacin y
conocimiento de su tecnologa, que tambin ha evolucionado en los
ltimos aos como consecuencia de un mayor conocimiento de los
fenmenos fsicos que tienen lugar en plantas donde se trabaja a
altas presiones y temperaturas, los nuevos materiales disponibles y
la mejora en los sistemas de clculo. El objetivo de este curso no
es el entrar con detenimiento en el diseo y clculo de las vlvulas
de control, sino el apreciar la importancia que tienen dentro de
los procesos industriales y tener una breve idea de los tipos y
principales caractersticas.
Dentro de las vlvulas de control se podran distinguir dos tipos
en funcin del tipo de control: Vlvulas Todo-Nada Vlvulas de
Control.
CONCLUSION
Para finalizar el siguiente trabajo de investigacin hemos
comprendido que en las variables de proceso el sistema de medicin y
control es utilizada, para tomar la decisin a ajustar o no un
proceso y determinar si existe una relacin significativa entre dos
o ms variables.
Pudimos apreciar que las variables de proceso se clasificaban en
instrumentos por funcin y los instrumentos por variable de proceso.
Donde los tipos de medicin que existen tienen ventajas y
desventajas y se conoci ms detalladamente las medidas de caudal, de
temperatura, de nivel, de presin, medidas de anlisis y los
elementos finales de control.
Se espera que este trabajo de investigacin haya sido claro y
preciso para la fcil comprensin del mismo
http://planespecifico.blogspot.com/2011/08/medicion-de-nivel.html