SISTEMAS DE MEDICIN DE LAS VARIABLES DE PROCESO.Gmez Jess CI: 21158361; Morales Misdely CI: t cedulaJesus.jd.9@gmail.com ; misdelymorales@hotmail.com

Resumen: La Instrumentacin y Control, como especialidad de Ingeniera, es aquella responsable de definir el nivel de automatizacin de cualquier planta de proceso e instalacin industrial adems tambin son dispositivos que permiten: Capturar, Analizar, Modificar, Controlar y Traducir las variables de procesos. La Instrumentacin y Control requiere de una coordinacin necesaria con casi todas las especialidades, lo que hace necesario unos mnimos conocimientos de casi todas ellas. En la actualidad, al no existir unos estudios especficos que vayan enfocados a esta especialidad, un ingeniero debe tener una combinacin de ciertos conocimientos que la gran mayora de las veces se adquieren con una buena base de formacin y sobre todo con experiencia. All se enmarca el informe con la finalidad de mediante la investigacin incrementar los conocimientos impartidos de los diferentes equipos de medicin y poder obtener esa parte metodolgica que en la prctica no se maneja y as tener un paso de ventaja en el campo laboral.

1. INTRODUCCION.Los procesos industriales se tienen su propsito principal el de transformar materias primas en un producto final. Durante el proceso de la produccin de estos bienes, se tienen diversos procesos, ya sea que sean reutilizados los materiales, o se convierta energa para producir el producto final. La instrumentacin provee el significado del proceso de produccin para asegurar que los productos sean elaborados apropiadamente. Aunque hay varios procesos industriales y ninguno es idntico es importante saber que los principios que aplica en los procesos son semejantes en sus principios.Un proceso puede ser descrito como la secuencia de cambios en una sustancia. La secuencia de cambios puede ocurrir en el aspecto qumico, fsico o ambos en la composicin de una sustancia incluyendo parmetros como el flujo, nivel, presin, temperatura densidad volumen, acidez y gravedad especfica, as como muchos otros, Tambin muchos procesos requieren de transferencia de energa. La mezcla de fluidos, el calentamiento o el enfriamiento de substancias, el bombeo de agua de un lugar a otro, el enlatado de comida, la destilacin de gasolina, el pasteurizado de la leche, y convertir la luz solar en energa elctrica todos pueden ser descritos como procesos. Cuando una sustancia es calentada, su temperatura y su composicin puede cambiar. Cuando la luz solar es convertida en electricidad, pueden ocurrir cambios fsicos como qumicos2. CONTENIDO.Medidores de presin: La medicin de presin, junto a la de temperatura y nivel, son las variables de proceso ms utilizadas en los procesos industriales. Las medidas de presin comnmente utilizadas en la industria son: Presin relativa o manomtra, Presin absoluta. Presin diferencial. En cuanto a las unidades utilizadas para las presiones, las ms utilizadas son bar, kg/cm, mm.c.a, para la mayora de los proyectos. En proyectos americanos la unidad de presin por excelencia es el psi. Para definir la clasificacin de las diferentes tecnologas, diversos autores utilizan diferentes clasificaciones cada una de ellas basadas en diferentes conceptos. Nosotros intentaremos hacer una clasificacin acorde con las prcticas ms habituales de utilizacin. As podemos hacer la siguiente clasificacin:Indicadores locales de Presin:Los 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. Otra tecnologa de medicin local de presin, es con la utilizacin de manmetros de Diafragma. El diafragma consiste en una o varias cpsulas circulares conectadas rgidamente entre s por soldadura, de forma que al aplicar presinCada cpsula se deforma y la suma de los pequeos desplazamientos es amplificada por un juego de palancas. Al aplicar presin, el movimiento se aproxima a una relacin lineal en un intervalo de medida lo ms amplio posible con un mnimo de histresis y de desviacin permanente en el cero del instrumento. Se suelen emplear para pequeas presiones. Por ltimo, otra forma de medicin local es la basada en el principio del fuelle. El principio es parecido al diafragma compuesto, pero basado en una sola pieza flexible axialmente, y puede dilatarse o contraerse con un desplazamiento considerable. Tienen como ventaja su gran duracin y se suelen emplear para pequeas presiones.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 Presin Este 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 habituales 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. De este modo se tienen dos condensadores, uno de capacidad fija o de referencia y el otro de capacidad variable. Tienen un tamao reducido, son robustos y adecuados para medidas estticas y dinmicas. La precisin es del orden de 0,2-0,5% (bastante buena).Transmisores de Presin Resistivos: Son instrumentos que se consisten en un elemento elstico (tubo bourdon o cpsula), 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. La precisin es del orden de 1-2% (bastante baja).Transmisores de Presin Piezoelctricos:Los elementos piezoelctricos son materiales cristalinos que, al deformarse fsicamente por la accin de una presin, generan una seal elctrica. Son elementos ligeros, de pequeo tamao y construccin robusta. Son sensibles a los cambios de temperatura y requieren de amplificadores de seal. La estabilidad en el tiempo es bastante pobre. Transmisores de Presin Piezoresistivos o Strain GageEstn 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. Se caracterizan por tener un movimiento muy pequeo de la barra de equilibrio, poseen realimentacin, buena elasticidad y alto nivel de seal de salida. Son sensibles a las vibraciones, por lo que su estabilidad es pobre. Su precisin es del orden de 0,5-1%

Medidores de caudal.Las 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 dela mejor tecnologa tiene una gran implicacin. As por ejemplo, los caudalmetros se utilizan para contabilizar productos dentro dela propia planta, con el exterior, etc. En cuanto al control de procesos, la medicin de caudal es imprescindible para poder realizar control automtico, as como para optimizar rendimientos en las unidades de produccin aplicando balances de materia.Hay muchas formas de diferenciar los diferentes tipos de mediciones de caudal, siendo una de ellas la siguiente:Medidores Deprimgenos:Los elementos deprimgenos estn basados en crear una restriccin en la tubera al paso de un fluido, lo que hace aumentar la velocidad disminuyendo al mismo tiempo la presin, permaneciendo la energa total (cintica, potencial e interna) constante. Hay una serie de conceptos hidrulicos que influyen notablemente en los clculos de los elementos primarios de caudal, y que no analizaremos en este curso, como son el n de Reynolds, Relacin Beta (relacin de dimetros), Coeficiente de descarga, recuperacin de presin, factor de expansin, etc. En definitiva, el clculo del orificio es un clculo hidrulico basado en el teorema de Bernoulli, que dice como resumen, que el caudal es proporcional a la raz cuadrada de la presin diferencial. Como se puede entender perfectamente, estos elementos requieren de un transmisor de presin diferencial para medir la presin antes y despus del elemento, y as poder sacar el caudal, ya que una presin diferencial es funcin del caudal. Las principales ventajas de estos elementos se pueden enumerar en: Sencillez de construccin, no hay partes mviles. Tecnologa sencilla. Baratos para grandes dimensiones de tuberas .Vlidos para casi todas las aplicaciones.Para esto se utilizan elementos primarios como lo son: 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. Esta ltima seccin permite la recuperacin de parte de la presin y por lo tanto de energa. Las principales limitaciones de los tubos Venturi son su elevado coste y la longitud necesaria para su instalacin. Como ventaja principal tiene su baja prdida de carga, as como su buena precisin.

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.

Pitot: Los tubos Pitot son una de las formas de medir caudal ms antigua. Los tubos Pitot son 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. La posicin de las tomas puede ser en las propias bridas (tamaos hasta 10-12) o en la tubera (tamaos mayores de 10-12). Es quizs la forma ms barata de medir caudal para tamaos desde 6.

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. Delos dos tubos que estn en el interior, uno sirve para promediar las presiones obtenidas en los cuatro orificios, midiendo la presin total, mientras que el otro tubo que se encuentra en la parte posterior, mide la presin esttica en el orificio central aguas debajo de la corriente. Tiene mayor precisin que el pitot y baja prdida de carga.Medidores de rea Variable:Los 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. Las precisiones para este tipo de instrumentos vienen a ser del +/- 2%, por lo que no son aconsejables cuando se requieren altas precisiones, tiene alguna limitacin en cuanto a instalacin (montaje vertical), y habitualmente son utilizados para medidas locales. Por otra parte, son instrumentos baratos, simples, aptos para caudales pequeos y la lectura de caudal es lineal.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. Tambin se suelen conocer con el nombre de contadores por que cuentan el volumen de lquido independientemente del tiempo transcurrido. En cada medidor se pueden destacar tres componentes: Cmara.

Desplazador.

Mecanismo que cuenta en nmero de veces que el desplazador se mueveUn 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. Existen varios tipos de medidores del tipo desplazamiento positivo, siendo los ms utilizados los de ruedas ovales, helicoidales, tipo pistn, paletas deslizantes y tipo turbina. Este ltimo es el sistema ms utilizado en la industria, y consta de un carrete de tubera en el centro del cual hay un rotor de paletas mltiples, montado sobre cojinetes para que pueda girar con facilidad, y soportado aguas arriba y aguas abajo por un dispositivo de centrado. Tambin suelen incorporar un enderezador de vena fluida. La energa cintica del fluido circulando hace girar el rotor con una velocidad angular que es proporcional a la velocidad media axial del fluido, y por lo tanto al caudal volumtrico. La salida, mediante impulsos elctricos, se produce cuando se detecta el paso de cada paleta alrededor de uno o ms sensores situados en el campo del medidor. Las principales ventajas de estos tipos de instrumentos son: Buena exactitud y amplio rango de medida.

Buena repetitibilidad.

Buen comportamiento para fluidos muy viscosos, y para aquellos fluidos con condiciones cambiantes.

Medida directa de caudal volumtrico.Los principales inconvenientes son: Alto costo para grandes tamaos (>6).

Alta prdida de carga (limitacin de caudal).

Mal funcionamiento para fluidos sucios (posibles bloqueos de las partes mviles).

Pueden daarse por sobre velocidad. Al presentar resistencia a la friccin, para bajos caudales su funcionamiento no es correcto, siendo su margen idneo de funcionamiento entre el 20 y el 65%.Medidores Msicos:Los 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 de Flujo Msico.

Los medidores msicos estn diseados para medir directamente el caudal de fluido en unidades de masa, tal como kg/h, en lugar de medir el caudal en volumen, como m3/h. Fundamentalmente son de dos tipos: Medidores de volumen con correccin automtica de densidad incorporada. Medidores de masa directamente.

Algunos medidores han sido adaptados con sistemas que convierten el volumen en masa en funcin de presin y temperatura, de forma que dan como resultado final el caudal en unidades de masa. Ejemplos de este tipo lo forman los conjuntos de placa de orificio con medida de presin y temperatura incorporada en el propio conjunto. Otros medidores obtienen directamente el caudal en masa. Entre ellos se encuentran los del tipo momento angular como el que muestra la Figura abajo. Constan de dos rotores introducidos en el paso de fluido. El primero de los rotores se hace girar a velocidad constante para imprimir una velocidad angular al fluido, mientras que el segundo permanece fijo. Esto hace que se produzca un par de torsin en el segundo rotor proporcional al caudal en masa.

Otro tipo de medidores directos de flujo msico lo constituyen los basados en el 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 angular del sistema.La segunda ley de Newton establece que la fuerza F que acta sobre un objeto de masa m con aceleracin a es: F = m*a. Esta ley se modifica cuando se trata de objetos situados dentro de un sistema acelerado que gira con velocidad angular w, por lo que el mismo objeto de masa m, cuya velocidad lineal es v, se encuentra sometido a la siguiente aceleracin de Coriolis: Acor = 2*v*w. Como consecuencia, la fuerza de Coriolis debida a la aceleracin anterior ser:Fcor=m*2*v*wLa Tierra constituye un sistema de coordenadas en rotacin. Si, por ejemplo, un objeto se deja caer desde una gran altura, al tocar la Tierra se habr desviado de la vertical. Si el mismo objeto fuera obligado a caer por el interior de un tubo vertical, el efecto de desplazamiento lateral hara que el objeto ejerciera una cierta fuerza contra la pared del tubo. Si se introdujera por este mismo tubo el lquido procedente de la impulsin de una bomba, la fuerza de Coriolis resultante contra la pared del tubo sera proporcional a la masa de caudal y el momento angular de la tierra.Medidores de nivel.

La 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. Se utiliza para cualquier tipo de lquidos compatibles con los posibles materiales de construccin. 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 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 Manmetro:Es 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. El manmetro se debe solicitar con la escala en % o calibrada en mm.c.a., m.c.a., etc. El depsito requiere de una sola conexin para conectar el manmetro. 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/cuerda:Es 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. Este tipo de medicin no suele utilizarse en mediciones de unidades de proceso, siendo su uso en grandes depsitos de almacenamiento de agua, gasleo, etc. 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 Flotador:Es 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 y acoplado magnticamente a un micro interruptor (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. En los interruptores de nivel se debe tener especial cuidado en el cableado del contacto en funcin de la deteccin de nivel que queramos hacer (alto, bajo, condicin, etc.) y el estado del proceso en el momento de la calibracin (vaco, lleno, nivel alto, etc.)Interruptor de Nivel por Lminas Vibrantes:Es una medicin de nivel sencilla y, al igual que los anteriores, es utilizada cuando se requiere detectar un lmite de nivel (alto, bajo, para realizar un permisivo o en clavamiento, 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 seal de salida. El tipo de horquilla y la frecuencia de resonancia sern seleccionados en funcin del lquido a detectar. Las aplicaciones ms habituales son en medidas de slidos y lquidos, y su utilizacin suele ser decisin del tcnico competente. 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 horquillasTransmisor 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 un sistema 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. Los pulsos pueden ser enviados directamente al sistema de control o por medio de un convertidor, pasarlos a 4-20 mA. Ventajas: Sistema adecuado para depsitos/silos altos, buena precisin y vlido para diversos productos. Inconvenientes: Requiere bastante mantenimiento y tienen consumo elctricoTransmisor de Nivel por Burbujeo:Es 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, ms 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. Lo ms habitual en estos casos es la utilizacin de un transmisor de presin diferencial, pero tambin se podran utilizar dos transmisores de presin relativa. 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 de nivel.Transmisores de Nivel Capacitivos:Es 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. Este es un mtodo de medicin de nivel que se utiliza tanto como transmisor de nivel como interruptor de nivel. En aquellos casos en los que se pueda producir una interfase de productos (agua-lodo, aceite-agua, etc.) es una tecnologa bastante utilizada. Ventajas: Adecuado para productos corrosivos.Transmisores de Nivel Ultrasnicos:Es 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. Este tiempo de retorno es convertido a seal estndar de 4-20 mA. Ventajas: Adecuado para productos que sean problemticos al contacto.Transmisores de Nivel por Radar:Es 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. Este tiempo de retorno es convertido a seal estndar de 4-20 mA. A diferencia de los ultrasnicos, para las medidas de slidos existe la alternativa de la tecnologa llamada por ondas guiadas, en la que el pulso de radar va guiado por un cable que cuelga del depsito. 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 Radioactivos:Es 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...

Medidores de Temperatura.

Al 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. 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).Otro factor importante a tener en cuenta en las medidas de temperatura es la necesidad de instalar un elemento de proteccin entre el sensor y el proceso, llamado termopozo, vaina o thermowell. Dicho elemento debe disearse y coordinarse de acuerdo a las especificaciones mecnicas.. 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. La unin mecnica de una aguja al bimetal, hace que por efecto de cambio de temperatura se desplace. La precisin suele ser del 1% y su campo de actuacin es entre 200 y 500 C. 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. Saber, que se suele compensar la temperatura por efecto de la longitud del capilar (volumen de tubo) y por variaciones de temperatura ambiente. El campo de actuacin suele estar entre 150 y 500 C.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 termo resistencias. En ambos casos, la adicin de un convertidor basado en microprocesador, hace que las seales se conviertan a una forma ms estandarizada (4-20 mA, hart, etc.).Termo pares: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 mantiene 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. Los valores de esta f.e.m. estn perfectamente tabulados en tablas de conversin. Existen diferentes tipos de termopares, siendo su diferencia en el tipo de bimetal es utilizados y por lo tanto en las f.e.m. generadas en funcin de las temperaturas. Se adjunta una tabla de termopares segn la denominacin, materiales y rangos de actuacin. Cada uno de los anteriores tiene caractersticas particulares tales como rango, linealidad, sensibilidad, etc. Los lmites de error de los termopares, segn la norma ISA 96.1, son segn la tabla adjunta: As por ejemplo, para medir 500 C con un termopar tipo K, ste puede introducir un error de +/- 3,75 C si es de tipo estndar. Mencionar que los termopares suelen estar encapsulados en un tubo de material apropiado al entorno donde se va a efectuar la medida, normalmente de acero inoxidable. Asimismo, la unin caliente puede estar unida al extremo de la funda de proteccin o aislada de la misma, para que no exista comunicacin a masa o tierra de la planta. Un concepto muy importante en la instalacin de los termopares, cuya seal se quiere transmitir sin convertidor de temperatura, es la utilizacin del cable de extensin de termopares. Si cableamos un termopar con un cable estndar de cobre o aluminio estamos rompiendo la continuidad del termopar. 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 termo resistencias, 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 termo resistencia 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. La sonda ms utilizada es la Pt-100 (resistencia de 100 ohmios a 0 C).El nquel es ms barato que el platino y posee una resistencia ms elevada con una mayor variacin por grado, sin embargo tiene la desventaja de la falta de linealidad en su relacin resistencia-temperatura. El cobre es barato y estable pero tiene el inconveniente de su baja resistividad.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 termo resistencia 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...

Medidores de pH, concentracin de gases, humedad y concentracin.

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 dela muestra y de un sistema de acondicionamiento de muestras. En algunos casos es ms importante el transporte y acondicionamiento que el propio analizador. Una posible clasificacin de las medidas de anlisis podra ser: Analtica de Agua-Vapor. Analtica de Emisiones. Analtica de otras propiedades fsicas-qumicas.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 ms 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 dichos parmetros, 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.Dentro de este apartado, aunque no son especficamente emisiones, se podran incluir las condiciones atmosfricas, como: Velocidad y Direccin del Viento. Pluviosidad. Humedad relativa Temperatura Ambiente. Radiacin Solar.Analtica de otros parmetros Fsicos-QumicosAparte 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). ndice 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). ndice 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 de hidrocarburos, etc.).

CONCLUSIONES.El sistema de control de procesos es indispensable para la automatizacin y supervisin de procesos tcnicos complejos. Estos procesos estn constituidos por las operaciones bsicas necesarias para la transformacin de materiales.Las materias primas se transforman en productos, por regla general con aportacin de otras sustancias y energas. Ejemplos de estos procesos son la fabricacin de etanol a partir de biomasa, la separacin de la gasolina del petrleo por rectificacin o el tratamiento de aguas residuales.Con ayuda del sistema de control de procesos se supervisa y acta sobre los procesos de una forma controlada. Para esto se registran y regulan variables como los que se mencionaron en dicho informe como lo son el caudal la temperatura entre otros durante el desarrollo del proceso.

ANEXOS.REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.