GENERALIDADES DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIN Y CONTROL

Actualmente los procesos que se desarrollan en la industria son controlados a partir de instrumentos de todo tipo cuya funcin es optimizar y mantener estable un sistema a partir de mediciones tomadas del mismo y que son comparadas con unos lmites establecidos por el usuario. Las acciones empleadas al sobrepasar dichos lmites dependen de mltiples factores y por lo general buscan prevenir riesgos para la vida humana, riesgos ambientales, riesgos materiales, riesgos en la calidad del producto final, riesgos para la continuidad del mismo proceso etc.Los instrumentos de medicin y control presentan relativa complejidad dependiendo de la variable de medicin y el proceso. Es importante realizar una clasificacin de manera sencilla que pueda abarcar gran parte de los instrumentos, de ah que estos se puedan clasificar por su funcin y por la variable del proceso a medir.

3.2 CLASIFICACIONES DE LOS INSTRUMENTOS 3.2.1 Clasificacin por su funcin3.2.1.1 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 las 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.3.2.1.2 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 de campo (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.3.2.1.3 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.

3.2.1.4 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. Los instrumentos ms habituales son los presostatos o interruptores de presin, termostatos (temperatura), interruptores de nivel, flujostatos (caudal), etc.3.2.1.5 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.3.2.1.6 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.3.2.2 Clasificacin por la Variable de Proceso3.2.2.1 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. Las medidas de presin comnmente utilizadas en la industria son:Presin relativa o manomtrica.Presin absoluta.Presin diferencial.Las unidades ms utilizadas para las presiones 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.3.2.2.3 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 son los manmetros de diafragma. El diafragma consiste en una o varias cpsulas circulares conectadas rgidamente entre s por soldadura, de forma que al aplicar presin, cada 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.3.2.2.4 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 a un valor de presin, de tal manera que dicho contacto cambia de estado cuando el valor de la presin llega a dicho valor.3.2.2.5 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.3.2.2.6 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).

3.2.2.7 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).

3.2.2.8 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.

3.2.2.9 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%.

3.2.2.10 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%.

3.2.2.11 Medidas 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 de la mejor tecnologa tiene una gran implicacin.

As por ejemplo, los caudalmetros se utilizan para contabilizar productos dentro de la 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 DeprimgenosMedidores de rea Variable.Medidores de Desplazamiento Positivo.Medidores Msicos.3.2.2.12 Medidores Deprimgenos

El 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.

Dentro de los anteriores, el sistema ms barato y utilizado son las placas de orificio.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.

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.

Las principales desventajas de estos elementos se pueden enumerar en:

No vlidos para condiciones de proceso (presin, temperatura, densidad, etc.) cambiantes.Producen cadas de presin no recuperables. Seal de salida no es lineal (hay que extraer su raz cuadrada).Se necesita un flujo laminar, es decir, tramos rectos de tuberas antes y despus del elemento.Menos precisin que otras tecnologas.