Fundamentos en Instrumentación Industrial

Entendemos como los instrumentos industriales son conectados para transmitir su información hacia otras etapas de un proceso de automatización y control industrial.

En este video entenderemos el concepto de Cero Vivo, a forma de ejemplo tomamos la señal estándar de 4-20mA para poder ejemplificar este concepto.

• La transmisión de señal más popular en la instrumentación industrial es la señal de corriente de 4-20mA.

• Por lo general, un valor de corriente de 4mA representa el 0% de la escala, un valor de corriente de 20mA representa el 100% de la escala y cualquier valor de corriente entre 4 y 20 miliamperios representa un porcentaje entre 0% y 100%.

Es posible transportar energía eléctrica y comunicar información analógica a través de los mismos dos cables usando 4-20mA, si diseñamos el transmisor para que sea alimentado por lazo.

Es posible transportar energía eléctrica y comunicar información analógica a través de los mismos dos cables usando 4-20mA, si diseñamos el transmisor para que sea alimentado por lazo.

En la instrumentación industrial es importante ver como realizar la conexión de los instrumentos. Para este caso veremos como realizar una conexión de 4 hilos en los instrumentos industriales y en este caso será una conexión a 4 hilos Activos y Pasivos.

Una señal de corriente de 4 a 20 mA representa alguna señal a lo largo de una escala de 0 a 100 por ciento. Por lo general, esta escala es lineal.

Al ser una función lineal, podemos usar la ecuación lineal de pendiente-intersección estándar para relacionar el porcentaje de la señal con los valores actuales

Ejemplo de escalización de señales de instrumentos

La corriente de 4-20 mA también es empleada para enviar una señal de comando a un elemento de control final.

Aquí, el controlador suministra tanto la energía eléctrica como la información de la señal al elemento de control final, que actúa como una carga eléctrica.

Existen instrumentos de prueba electrónicos de propósito especial llamados calibradores de lazo con el fin de poder encontrar problemas en una conexión de corriente de 4-20 mA.

Estos instrumentos versátiles generalmente son capaces:

1.Medir corriente

2.Suministrar corriente a dispositivos no alimentados en un lazo (pasivos)

3.Simular transmisores de 4-20 mA alimentados por un lazo.

La presión del aire se puede utilizar como medio de señalización alternativo a la electricidad. Imagine un transmisor de presión diseñado para generar una presión de aire variable de acuerdo con su calibración en lugar de una corriente eléctrica variable. Tal transmisor tendría que ser alimentado con una fuente de aire comprimido a presión constante en lugar de un voltaje eléctrico, y la señal de salida resultante se transmitiría al indicador a través de tubos en lugar de cables.

Las tablas de calibración de los instrumentos de medición industriales son importantes para determinar el estado del instrumento y poder determinar su error para un posterior ajuste de su medida.

Calibrar un instrumento significa verificar y ajustar (si es necesario) su respuesta para que la salida se corresponda con precisión con su entrada en un rango específico.
El Cambio de Rango de un instrumento significa establecer los valores de rango inferior y superior para que responda con la sensibilidad deseada a los cambios en la entrada.

El propósito de la calibración es garantizar que la entrada y la salida de un instrumento se correspondan de manera confiable entre sí en todo el rango de operación. Una forma de garantizar la media es realizando el ajuste del cero y el span del instumento industrial para los procesos que requieran una automatización de procesos.

• Un error de calibración de cambio a cero desplaza la función verticalmente en el gráfico, lo que equivale a alterar el valor de b en la ecuación pendiente-intersección.

• Este error afecta a todos los puntos de calibración por igual, creando el mismo porcentaje de error en todo el rango.

• Un error de calibración de cambio de intervalo cambia la pendiente de la función, lo que equivale a alterar el valor de m en la ecuación pendiente-intersección.

• El efecto de este error es desigual en diferentes puntos a lo largo del rango.

Un error de calibración de linealidad hace que la función de respuesta del instrumento ya no sea una línea recta. Instrumentación Industrial. Automatización y Control.

En la automatización y control especificamente en la instrumentación industrial es importante llevar correctamente las tablas de calibración que permitan diagnosticar el buen funcionamiento y desempeño del instrumento.

Medidas mínimas y máximas de calibración de un intrumento digital inteligente.

En este video veremos los problemas que pueden surgir al momento de la calibración de un instrumento de medición de presión inteligente donde es necesario ajustar el ADC, DAC y el LRV y URV

Paso a paso del procedimiento de calibración que debe ser empleado para la instrumentación industrial y la automatización y control de procesos.

Tutorial de calibración de un instrumento de presión empleando un calibrador de procesos Fluke 754

•Un avance tecnológico introducido a fines de la década de 1980 fue HART, un acrónimo que significa Highway Addressable Remote Transmitter.

•El propósito del estándar HART era crear una forma para que los instrumentos se comunicaran digitalmente entre sí a través de los mismos dos cables que se usan para transmitir una señal de instrumento analógico de 4-20 mA.

•En otras palabras, HART es un estándar de comunicación híbrido, con una variable (canal) de información comunicada por el valor analógico de una señal de CC de 4-20 mA y otro canal de comunicación digital mediante el cual se pueden comunicar muchas otras variables mediante pulsos de corriente.

•Las conexiones de los equipos de 4-20mA son las más comunes en una industria y prácticamente cualquier instrumentista en el mundo entiende su conexionado por su fácil entendimiento.

•Este tipo de conexión es la base del protocolo HART

•La conexión 4-20mA permite conexiones hasta de 5km

•Podemos conectar un calibrador o un modem en paralelo para obtener la lectura de un sensor o varios sensores de forma simultánea.

•La comunicación ocurre sin la necesidad de interrumpir la conexión de 4-20mA del sensor.

Que tipo de informaciones son comunicadas por los dos hilos del protocolo HART.

Ejemplos de porque implementar u utilizar el protocolo HART para la manipulación de instrumentos industriales dentro de un proceso de automatización y control.

El protocolo HART posee dos tipos de Topología:

•Punto a Punto

•Multi Punto

•El protocolo HART emplea frecuencia en lugar de voltaje para representar un estado lógico de 1 y 0.

•La señal HART es una señal de corriente alterna de muy baja tensión que es superpuesta sobre el par de cables trenzados por donde también existe la señal de corriente directa en mA.

•Ambas señales coexisten en los hilos de par trenzado sin interferir entre sí.

En el protocolo HART, las frecuencias que representan los estados lógicos 1 y 0 son moduladas por desplazamiento de frecuencia (FSK, por sus siglas en inglés Frequency Shift Keying). Las frecuencias específicas utilizadas son:

•Estado lógico 1: 1200 Hz

•Estado lógico 0: 2200 Hz

Estas frecuencias se superponen a la señal de corriente continua (4-20 mA) que circula a través de un par de cables trenzados, permitiendo la comunicación digital sin interferir con la señal analógica.

Demostración de comunicación simultánea entre conexión de 4-20mA y HART

De hecho, existen muchos comandos los cuales se dividen en categorías:

•Universales: Son los comandos que deben ser soportados por cualquier instrumento HART independiente de la marca.

•Comunes en la práctica: Comandos opcionales y dependen de la marca, sin embargo, por ser tan útiles se encuentran casi que presentes en todas las marcas.

•Específicos del dispositivo: difieren de un dispositivo a otro dado que dependen de lo que haga específicamente el instrumento.

Se explica como se conforma la estructura del telegrama enviado en el protocolo HART.

Algunas conexiones ejemplo con el comunicador de campo empleando protocolo HART

Resumen sobre el protocolo de comunicación HART.

• La materia tiene una estructura electrónica, por lo tanto cualquier variación de un parámetro no eléctrico con un material adecuado puede entregar una magnitud eléctrica en la salida.

• Las pequeñas variaciones pueden ser amplificadas con los diversos circuitos amplificadores existentes.

• Existen variedad de circuitos que permiten agregar características como atenuación de ruidos, modificación de señales entre otros.

• Existen diferentes recursos para presentar y registrar la información.

• La transmisión de la señal eléctrica es mucho más versátil que las demás señales.

Entendamos las diferentes clasificaciones en las que se pueden catalogar los sensores industriales dentro de la instrumentación y control

El funcionamiento general que poseen los instrumentos sensores para la detección de una grandeza física representados en un diagrama de bloques de lazo abierto y lazo cerrado.

La selección del transductor apropiado para nuestro proceso es un paso muy importante para la obtención de resultados exactos. Debemos considerar entonces:

• Cual es la cantidad física que vamos a medir (tipo y rango )

• Cual principio de transductor es el mejor para medir esa cantidad (compatibilidad)

• Que exactitud se requiere en esa medición

• Un potenciómetro consiste esencialmente en un resistencia fija sobre la cual se desliza un cursor accionado por rotación, por deslizamiento lineal, o por ambos efectos combinados.

• Se trata pues, de elementos de tres terminales de los cuales dos corresponden a los extremos de la resistencia y el tercero está conectado al cursor.

Atendiendo a la naturaleza del desplazamiento x:

1. Potenciómetros de desplazamiento lineal: El cursor desliza longitudinalmente sobre un elemento resistivo rectilíneo.

2. Potenciómetros angulares: El cursor desliza sobre un elemento resistivo en forma de sector circular, girando alrededor de un punto central (la variable x corresponde al ángulo girado)

3. Potenciómetros multivuelta o helicoidales: En este caso el elemento de resistencia tiene forma de hélice de varios pasos (normalmente 10 ó 20) y el cursor desliza sobre el mismo girando alrededor de un eje central y desplazándose al simultáneamente paralelo al mismo (la variable x corresponde al ángulo θ de giro que puede ser, por supuesto, superior a 360◦).

Un circuito en puente es básicamente un par de divisores de voltaje donde la salida del circuito se toma como la diferencia de potencial entre los dos divisores.

La aplicación más frecuente en la industria para los puentes de Wheatstone es usar el circuito para convertir la salida de un sensor eléctrico en una señal de voltaje que representa alguna medida física.

Ecuacionamiento del puente de Wheatstone empleado en la instrumentación industrial para el acople de señales de los instrumentos de medida.

Ejemplo del puente de Wheastone para determinar una resistencia desconocida,.

A diferencia del puente de Wheatstone balanceado, que sirve para medir el valor de un componente cuando el circuito está equilibrado, este circuito puente probablemente pasará la mayor parte de su vida en una condición desequilibrada.

El voltaje de salida cambia en función de la resistencia del sensor, lo que hace que ese voltaje sea un reflejo de la condición física del sensor. que aumenta la resistencia del sensor R.

• Una galga extensiométrica o extensiómetro es un sensor que mide la deformación y se basa en el efecto piezorresistivo.

• La resistencia de una galga extensométrica cambia cuando se aplica una fuerza y ​​este cambio dará una salida eléctrica diferente.

• Las galgas extensométricas utilizan este método para medir la presión, la fuerza, el peso y la tensión.

Explicación de las diferentes regiones por las que pasa un objeto cuando es sometido a una tensión y deformación. Concepto básico de las gálgas extensiométricas y celdas de carga.

• El factor de galga es la propiedad más importante de una galga extensométrica.

• Describe la correlación entre la deformación y el cambio en la resistencia eléctrica.

• El factor de la galga depende de la temperatura.

Disposición del Puente de Wheastone, con un solo elemento del puente que cambia la resistencia en respuesta a la variable medida (fuerza mecánica)

• Sin fuerza aplicada, el puente debe estar en una condición perfectamente equilibrada y el voltímetro debe registrar 0 voltios.

• Ambos medidores están unidos a la misma muestra de prueba, pero solo uno se coloca en una posición y orientación para estar expuesto a la tensión física (el medidor activo ). El otro medidor está aislado de todo esfuerzo mecánico y actúa simplemente como un dispositivo de compensación de temperatura “dummy”.

• Si la temperatura cambia, las resistencias de ambas galgas cambiarán en el mismo porcentaje y el estado de equilibrio del puente no se verá afectado.

• Solo una diferencia de resistencia entre las dos galgas extensométricas producida por la fuerza física sobre la muestra de prueba puede alterar el equilibrio del puente

El puente será más sensible a la fuerza aplicada.

Dado que ambas galgas extensiométricas aumentarán o disminuirán la resistencia en la misma proporción en respuesta a los cambios de temperatura, los efectos del cambio de temperatura permanecen cancelados y el circuito sufrirá un error de medición mínimo inducido por la temperatura

Un circuito de puente completamente activo no solo proporciona mayor sensibilidad y linealidad, sino que también proporciona naturalmente compensación de temperatura sin la necesidad de galgas extensométricas "falsas - dummy", ya que las resistencias de las cuatro galgas extensométricas cambiarán en la misma proporción si cambia la temperatura de la muestra.

Ejemplo del empleo del puente de Wheastone utilizando galgas extensiométricas.

• Las celdas de carga son un claro ejemplo de la aplicación de las galgas extensiométricas.

• Una "celda de carga" se compone de una o más galgas extensiométricas adheridas a la superficie de una estructura metálica que tiene propiedades elásticas conocidas con precisión (tal como el acero de módulo de elasticidad 2,1 × 10^6 bar).

En este video haremos un recorrido rápido por los sensores de temperatura para posteriormente entrar en detalle en su funcionamiento. Estos sensores son muy importantes en la instrumentación, automatización y control de procesos en la industria.

• La temperatura es una magnitud física que indica la energía interna de un cuerpo, de un objeto o del medio ambiente en general.

• Dicha energía interna se expresa en términos de calor y frío, siendo el primero asociado con una temperatura más alta, mientras que el frío se asocia con una temperatura más baja.

Si se unen en un extremo dos metales diferentes y se someten a una diferencia de temperatura se crea un termopar; y en el extremo opuesto a la unión se manifestará un voltaje proporcional a esa diferencia de temperatura.

Descripción de los diferentes termopares para la medición de la variable temperatura.

La mayoría de los termopares industriales se fabrican de tal manera que los alambres de metales diferentes están protegidos contra daños físicos por una vaina de acero inoxidable o cerámica, y a menudo están equipados con tapones de plástico moldeado para una rápida conexión y desconexión de un termopar

Concepto básico del funcionamiento de un termopar como instrumento de medición de temperatura.

Los termopares son clasificados como:

• Termopar Básico

• Termopar Noble

• Termopar Especial

Ejemplo paso a paso de implementación y medida de un termpar o termocupla para la medición de temperatura.

• Una técnica consiste en fijar físicamente la temperatura de la unión de referencia en un valor constante para que siempre sea estable.

• De esta manera, cualquier cambio en el voltaje medido corresponde a la unión de medición, ya que la unión de referencia se ha vuelto incapaz de cambiar de temperatura.

• Esto se puede lograr sumergiendo la unión de referencia en un baño de hielo y agua, la mezcla de hielo y agua asegura una temperatura estable por medio del calor latente de fusión del agua.

• Un principio de los circuitos termoeléctricos llamado Ley de los Metales Intermedios nos ayuda a ver esto con claridad.

• De acuerdo con esta ley, los metales intermedios en una serie de uniones no tienen ninguna consecuencia para el voltaje total (neto) siempre que esas uniones intermedias estén todas a la misma temperatura.

• A nivel práctico, muchas veces se hace necesario colocar cables de extensión, generalmente conectado en los cabezotes de las vainas que contienen las termocuplas, para conseguir llevar la señal hacia el indicador, controlador, transmisor, etc.

• Esto hace que la unión de referencia se ubique en otro punto y aparezca una nueva unión de conexión.

• Debemos nuevamente estar atentos de la compensación de estas uniones.

Ejemplo de extensión de cables de un termopar

Cuando tenemos un termopar o termocupla, existen algunos efectos secundarios que debemos tener en consideración y nos permitirán realizar el ajuste y calibración adecuada de estos instrumentos industriales de medición de temperatura.

Los termistores son dispositivos hechos de óxido metálico que aumentan la resistencia al aumentar la temperatura (un coeficiente de temperatura positivo) o disminuyen al aumentar la temperatura (un coeficiente de temperatura negativo).

Resolución de un ejemplo para determinar la resistencia característica del material de que está hecho el termistor NTC basandonos en su curva característica. Este sensor de temperatura es usado en la automatización, instrumentación y electrónica industrial.

• Los RTD son dispositivos hechos de alambre de metal puro (generalmente platino o cobre) que siempre aumentan en resistencia al aumentar la temperatura.

• La relación entre la resistencia y la temperatura es bien conocida y se puede repetir a lo largo del tiempo.

• Un RTD es un dispositivo pasivo. No produce una salida por sí solo.

Hay tres tipos principales de construcción del sensor RTD (Detectores de Temperatura por Resistencia) en la instrumentación industrial para la medición de la variable temperatura:

1. RTD bobinados

2. RTD de película fina

3. RTD de elementos en espiral

La principal diferencia entre termistores y RTD es la linealidad:

• los termistores son altamente sensibles y no lineales

• los RTD son relativamente insensibles pero pueden aproximarse a una función lineal.

Por esta razón, los termistores se utilizan normalmente cuando no es importante una alta precisión.

Muchos dispositivos de consumo utilizan termistores como sensores de temperatura.

Al medir este cambio de resistencia, podemos medir el cambio de temperatura. Varios metales proporcionan diferentes precisiones, así como diferentes rangos de operación de temperatura.

Un detector de temperatura resistivo (RTD) es un elemento sensor de temperatura especial hecho de alambre de metal fino, cuya resistencia eléctrica cambia con la temperatura que puede aproximarse por la siguiente fórmula vista en este video. Empleado para predecir la temperatura para nuestra instrumentación industrial y automatización de procesos.

En este primer ejemplo del sensor o medidor de temperatura industrial RTD veremos como se puede emplear la ecuación lineal para predecir la variación de resistividad del RTD ante una determinada temperatura.

Debido a las no linealidades en el comportamiento del RTD, esta fórmula de RTD lineal es solo una aproximación. Una mejor aproximación es la fórmula de Callendar-van Dusen, que introduce términos de segundo, tercer y cuarto grado para un mejor ajuste:

En este segundo ejemplo del transductor de temperatura RTD para instrumentación industrial, determinamos la resistencia del RTD empleando la ecuación del Callendar-van dusen y comparamos la respuesta con el ejemplo 1 anterior.

En este tercer ejemplo, encontramos la temperatura necesaria de un sensor de temperatura RTD cuando disponemos de su valor de resistencia, simulando lo que hacen los transmisores o indicadores de temperatura con conexión RTD.

Los sensores de temperatura RTD poseen diferentes configuraciones de cableado con conexiones a 2, 3 y 4 hilos, cada una con sus ventajas y desventajas y las cuales son importantes para realizar compensaciones en la medición de la temperatura con estos intrumentos de medición industrial.

Conexiones de 2, 3 y 4 hilos de forma correcta de un sensor de temperatura RTD hacia un transmisor de temperatura para realizar la correcta compensación de la resistencia del cable del elemento primario de sensado.

Ejemplo de determinación de la temperatura usando un transductor RTD con un acondicionador de señal tipo puente de Wheatstone.

Accesorio tipo termopozo empleado para los sensores industriales de medición de temperatura termocuplas, termopar, RTD, termométro, etc para el rápido acople en la medición de la variable en los procesos industriales.

Explicación de los tres tipos de transferencia de calor estudiados en la termodinámica. Concepto útil para entender el principio de funcionamiento de los sensores de temperatura.

• Prácticamente cualquier masa por encima del cero absoluto emite radiación electromagnética (fotones o luz) en función de esa temperatura.

• Este hecho básico hace posible la medición de temperatura analizando la luz emitida por un objeto.

• La Ley de Stefan-Boltzmann de energía radiada cuantifica este hecho, declarando que la tasa de pérdida de calor por emisión radiante de un objeto caliente es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura absoluta

• La principal ventaja de la termometría sin contacto es realizar una amplia variedad de mediciones de temperatura que son: impráctico o imposible de hacer con cualquier otra tecnología.

• Por ejemplo, cuando se desea medir temperaturas absurdamente elevadas (o pirometría, como a menudo se hace referencia a la medición de alta temperatura)

• Un diseño tradicional para los pirómetros sin contacto es concentrar la luz incidente de la superficie de un objeto caliente en un pequeño elemento sensor de temperatura.

• Un aumento de temperatura en el sensor revela la intensidad de la energía óptica infrarroja que cae sobre él.

Una característica interesante y útil de los pirómetros sin contacto es que su calibración no depende de la distancia que separa el sensor de la superficie del objeto medido.

El rango de medición del pirómetro será el cuadrado de su distancia.

Una aplicación muy útil de la tecnología de sensores sin contacto es la imagen térmica, donde una densa matriz de sensores de radiación infrarroja proporciona una visualización gráfica de los objetos a su vista de acuerdo con sus temperaturas.

La presión: es una variable que es caracterizada como la fuerza que se ejerce sobre un objeto perpendicularmente por unidad de área.

Tipos de presión: presión hidrostática, presión de un gas, presión absoluta, presión atmosférica, presión manométrica, presión de vacío.

•Columna liquida: Son sensores que no poseen señales eléctricas y que únicamente poseen una indicación local, ejemplo manómetro de tubo en U, manómetro de tubo inclinado, manómetro de toro pendular, manómetro de campana.

•Elementos elásticos: Se basan en la alteración física de un material elástico cuando es sometido a una presión, no tienen señales eléctricas y son usados para mediciones locales. Ejemplo: manómetro o tubo de bourdon.

•Medidores especiales: Generan señales eléctricas permitiendo su conexión con transmisores industriales. Ejemplo, piezoeléctrico, inductivo, el capacitivo o el resistivo.

En esta entrada abordamos varios de los instrumentos industriales empleados para la medición de presión

Los transmisores son elementos esenciales en la instrumentación y control industrial. En este video comenzaremos estudiando que son los transmisores de presión diferencial, como podemos medir las diferentes presiones que existen y su relevancia en la industria para la medición de una variable primaria tan importante como es la presión.

La instrumentación industrial en todos los procesos son de vital importancia para la correcta medición y actuación sobre la planta. En este caso veremos algunas aplicaciones en las que puede ser empleado un transmisor de presión diferencial como instrumento de medida de presión en diversas aplicaciones.

Concepto físico de la presión hidrostática ejercida por la columna de liquido el cual es aprovechado por los sensores de presión para la medición indirecta de la altura o nivel de un tanque.

En este video de instrumentación industrial, veremos como se puede emplear el instrumento del transmisor de presión diferencial para la medición indirecta del nivel al interior de un tanque, usando el concepto de presión hidrostática.

En este video del curso de instrumentación industrial, haremos un ejemplo para determinar la altura de un tanque o nivel de un tanque con aceite de castor, que tiene instalado un transmisor de presión diferencial en la base y que entrega una salida de 4-20mA.

Veremos que la presión hidrostática en el fondo de un tanque es independiente de la forma del tanque y este es el principio que implementan los instrumentos industriales tales como el transmisor de presión diferencial.

Veremos como el transmisor de presión diferencial mide la altura del tanque abierto independientemente de la geometría que tiene el tanque y esto es porque se vale del principio de la presión hidrostática.

Estudiamos la elevación del transmisor de presión diferencial para la medición de nivel en un tanque lo que conlleva a realizar una elevación o supresión de cero en los rangos de calibración del instrumento.

Solucionamos un ejemplo de instrumentación industrial aplicado a un transmisor de presión diferencial donde es necesario realizar una supresión del Cero, debido a que el LRV nos ha dado un valor positivo por encima de cero.

Solucionamos un ejemplo de instrumentación industrial aplicado a un transmisor de presión diferencial donde es necesario realizar una elevación del Cero, debido a que el LRV nos ha dado un valor negativo por debajo de cero.

Comenzaremos a entender como es posible usar un instrumento industrial como el transmisor de presión diferencial para la medición indirecta de nivel de un tanque cerrado que permita compensar la presión generada al interior del mismo usando tanto las cámaras de alta y de baja del instrumento industrial y bastante utilizado en la automatización y control de procesos industriales.

Cuando trabajamos con instrumentación industrial para realizar automatización y control de procesos en la industria, en los procesos de medición de nivel al interior de un tanque, es común emplear transmisores de presión diferencial capaces de medir la variación de nivel. En este caso, en la cámara de baja del instrumento puede haber una compensación de gas, conocida como pierna seca, o una compensación con otro liquido bien sea del proceso o no, conocida como la pierna húmeda. En ocasiones donde deseamos mantener la exactitud de la medida, o cuando queremos aislar el instrumento industrial del proceso, podemos emplear acessórios como los sellos remotos para medir la diferencia de presiones con el transmisor.

Ejemplo de cálculo del nivel de un tanque cerrado empleando un transmisor de presión diferencial. Conexiones de la cámara de alta y de baja del instrumento y cancelamiento de la presión interna en el proceso. Instrumentación, Automatización y Control de Procesos.

Ejemplo de cálculo del nivel de un tanque cerrado empleando un transmisor de presión diferencial. Conexiones de la cámara de alta y de baja del instrumento y cancelamiento de la presión interna en el proceso. Instrumentación, Automatización y Control de Procesos.

Los recipientes sellados son accesorios que pueden ser empleados en la instrumentación industrial aplicado principalmente en los medidores de nivel basados en transmisores de presión diferencial, para garantizar la pierna húmeda del instrumento.

Explicación de las válvulas colectoras o Valve Manifolds en la instrumentación industrial. Accesorio importante empleado en los transmisores de presión diferencial.

Empleo de la gravedad específica o densidad relativa para el cálculo del nivel de un tanque usando un transmisor de presión diferencial.

Ejemplo de calculo del nivel de un tanque empleando la densidad relativa o gravedad especifica a través de un transmisor de presión diferencial empleado en la instrumentación industrial.

Los sensores por presión hidrostática pueden usarse para detectar el nivel de una interfase líquido-líquido. Esta estrategia se presta naturalmente a procesos de separación, donde una mezcla de líquidos ligeros y pesados se separan por sus diferentes densidades. Instrumentación Industrial. Automatización y Control.

Ejemplo paso a paso de resolución de ejercicio de interfase liquido liquido empleando un transmisor de presión diferencial. Instrumentación industrial aplicado a la separación de liquidos.

Descubre cómo calcular las presiones en el LRV (Lower Range Value) y URV (Upper Range Value), encontrar el rango y elaborar una tabla de calibración para un transmisor de presión diferencial en un tanque separador bifásico. Este tutorial académico explica paso a paso el proceso de cálculo utilizando la densidad relativa y los principios de la presión hidrostática para medir el nivel de interfase entre petróleo y agua. A través de ejemplos prácticos y detallados, aprenderás las técnicas esenciales de instrumentación industrial aplicadas a la medición precisa en entornos controlados. Ideal para estudiantes y profesionales de ingeniería que buscan profundizar en el manejo de instrumentación y control en la industria petrolera.

En física, es cualquier fenómeno que involucre la propagación de ondas mecánicas (sean audibles o no), a través de un medio (fluido o sólido) que esté generando el movimiento vibratorio de un cuerpo.

• Una forma completamente diferente de medir el nivel de líquido en los recipientes es hacer rebotar una onda sobre la superficie del líquido, generalmente desde la parte superior del recipiente, midiendo el tiempo que le toma a la onda en ir y volver.

• En otras palabras, se emite un impulso ultrasónico o de radar a una superficie reflectante recibiendo posteriormente el eco de la señal. El retardo generado entre la emisión del ultrasonido y la captación del eco informa el nivel del tanque.

• Ambas tecnologías son simulares, la diferencia radica en que el Radar viaja a una mayor velocidad en comparación a la de ultrasonido.

• Las ondas del ultrasonido son ondas mecánicas, es decir dependen de la densidad del medio.

• Esto significa que todo lo que afecta al medio también afecta a la señal de los ultrasonidos, por ejemplo, el viento, la temperatura, los vapores o los gases.

  Las ondas de radar le es indiferente el medio de propagación, inclusive pueden propagarse en el vacío.

• Las ondas de radar son electromagnéticas, donde la reflexión depende de la constante de reflexión dieléctrica del medio (ε_r).

• Trabajan en alta frecuencia (en el rango de frecuencia de microondas – GHz)

Principio de Tiempo de Retorno (Time of Flight) es utilizado por los instrumentos industriales enfocados en la medición de nivel de un tanque como lo son el sensor ultrasonico y el sensor del tipo radar para saber o determinar la altura del tanque.

En la Instrumentación Industrial aplicada en procesos donde realizamos automatización y control, es posible usar para la medición de nivel de un tanque sensores Ultrasónicos, los cuales emiten un impulso ultrasónico  a una superficie reflectante recibiendo posteriormente el eco de la señal. El retardo generado entre la emisión del ultrasonido y la captación del eco informa el nivel del tanque.

En la Instrumentación Industrial aplicada en procesos donde realizamos automatización y control, es posible usar para la medición de nivel de un tanque sensores tipo RADAR  los cuales emiten un impulso electromagnético  a una superficie reflectante recibiendo posteriormente el eco de la señal. El retardo generado entre la emisión del ultrasonido y la captación del eco informa el nivel del tanque.

Los sensores de rayos gamas en la instrumentación industrial para la medición de nivel emiten un grado de radioactividad inofensiva para el ser humano para determinar el nivel de un tanque. Sus aplicaciones son:

•Medición de líquidos, elementos pastosos y granos.

•Tanques y silos de mediano y gran porte

•Aplicaciones de alta temperatura y/o presión.

Materiales corrosivos

En la automatización, control e instrumentación industrial de procesos también es posible medir el nivel de un tanque empleando instrumentos de medición por sonda capacitiva. Este Sensor puede ser instalado en tanques metálicos para aprovechar el fenómeno de la capacitancia y de esa forma saber cual es la altura actual del tanque.

El empleo de celulas de carga para determinar la cantidad de materia también es usado en la instrumentación y control de procesos, en este caso conociendo el peso de un tanque o de un silo, es posible determinar la altura o nivel del tanque.

• Flujo Másico: cantidad de material que pasa por un tubo en una unidad de tiempo.

• Flujo Volumétrico: cantidad de volumen que pasa por un tubo en una unidad de tiempo.

Los instrumentos de medición industrial pueden basarse en la presión para poder determinar la cantidad de caudal que circula por una tubería. Podemos forzar fácilmente a que un fluido se acelere alterando su trayectoria de flujo natural. La diferencia de presión generada por esta aceleración indicará indirectamente la tasa de aceleración. La caída de presión indica indirectamente el caudal del fluido.

La ecuación de continuidad es empleada por los instrumentos de medición de flujo o caudal. Esta nos indica que sin importar las reducciones de tubería, el caudal siempre se mantendrá constante, lo único que varia es la velocidad en cada sección de la tubería.

La placa orificio es un instrumento empleado para la medición indirecta del caudal. En la instrumentación industrial y la automatización y control empleamos la placa orificio para generar una presión diferencial el cual puede ser empleada con un transmisor para el cálculo del flujo. Dentro de la placa orificio el punto donde el perfil del fluido se contrae a un área de sección transversal mínima después de fluir a través del orificio se llama vena contracta, y es el área de presión de fluido mínima.

• La tobera está diseñada para sujetarse entre las caras de dos bridas en la tubería de manera similar a una placa de orificio.

• El objetivo aquí es lograr una instalación sencilla que se aproxime a la de una placa de orificio disminuyendo la perdida de carga.

• Este sensor de flujo puede ser usado en fluidos pequeña cantidad de solidos en suspensión

• El tubo venturi Este es usado para mediciones de caudal 60% por encima de la placa orificio con una perdida de carga de tan solo 10% a 20% de la presión diferencial. Es un dispositivo de gran precisión y puede ser usado en fluidos con un porcentaje de solidos relativamente grande. Su costo es 20 veces más elevado que la placa orificio y posee una precisión del 0,75%

La ecuación de Bernoulli, describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una línea de corriente.  Este principio es empleado por la instrumentación industrial especificamente en los instrumentos de medición de flujo o caudal.

Partiendo de la ecuación de Bernoulli llegamos a la ecuación general que representa los caudales o flujos másicos y volumétricos empleados en la instrumentación de medición de variables de procesos.

Entendemos el concepto de la dinámica de los fluidos en una tubería circular cuando existe un flujo laminar o un flujo turbulento, a partir del número de Reynolds. El número de Reynolds de un fluido es una cantidad adimensional que expresa la relación entre el momento de un fluido en movimiento y su viscosidad, y es un indicador útil para predecir cómo se moverá una corriente de fluido.

El instrumento del tubo de pitot se basa en la medición de la diferencia de presión entre la presión total y la presión estática (presión dinámica). Por ser un dispositivo sensible a variaciones de velocidad dentro de la tubería, es usado comúnmente en flujos laminares, colocandolo entonces en un tramo recto de la tubería.

Existe un tipo diferente conocido como sensor de turbina el cual usa el numero de revoluciones de la turbina para poder calcular la razón de flujo que circula por la tubería con bastante precisión.

En este sensor de flujo para poder medir la velocidad de la turbina se usan convertidores eletromagnéticos de reluctancia o inductivos para poder llevar el conteo de frecuencia con la que la turbina gira y de esa forma poder determinar el caudal que circula por la tubería.

Los medidores de flujo tipo vortex miden la velocidad del fluido utilizando un principio de operación conocido como efecto von Kármán, que establece que cuando el flujo pasa por un cuerpo rocoso, se genera un patrón repetitivo de vórtices arremolinados.

En un medidor de flujo tipo Vortex, una obstrucción en la ruta del flujo, a menudo denominada barra de desprendimiento, sirve como cuerpo de farol. La barra de desprendimiento hace que el fluido del proceso se separe y forme áreas de presión diferencial alterna conocidas como vórtices alrededor de la parte posterior de la barra de desprendimiento.

Los medidores de flujo electromagnéticos, o magmeters, se componen de un transmisor y un sensor que juntos miden el flujo. El sensor del medidor de flujo magnético se coloca en línea y mide un voltaje inducido generado por el fluido a medida que fluye a través de una tubería. El transmisor toma el voltaje generado por el sensor, convierte el voltaje en una medida de flujo y transmite esa medida de flujo a un sistema de control.

La construcción de un medidor de flujo ultrasónico se puede hacer usando transductores aguas arriba y aguas abajo, tubería sensora y reflector. El principio de funcionamiento del medidor de flujo ultrasónico es que utiliza ondas de sonido para determinar la velocidad de un líquido dentro de una tubería. Hay dos condiciones en la tubería, como sin flujo y fluyendo. En la primera condición, las frecuencias de las ondas ultrasónicas se transmiten a una tubería y sus indicaciones desde el fluido son similares. En la segunda condición, la frecuencia de la onda reflejada es diferente debido al efecto Doppler.

• El cálculo del caudal debe realizarse estrictamente respetando las mismas unidades (internacional: Pa, kg/m^3, ingles: PSI, slug/ft^3)

• Podemos usar la constante de proporcionalidad (k) como un factor de corrección de la unidad de medida.

• Para esto necesitamos realizar un experimento físico con el instrumento para tomar unas medidas (en cualquier unidad) y llegaremos a un k que compensará las unidades del instrumento.

El medio tradicional para implementar la caracterización de la señal necesaria era instalar un relé de función de "raíz cuadrada" entre el transmisor y el indicador de flujo

Ejemplo de como realizar la caracterización de la raíz cuadrada en un medidor de flujo basado en la presión diferencial.

• Los caudalímetros Coriolis es un método de medición de caudal másico.

• En términos muy simples, un medidor de flujo Coriolis funciona agitando uno o más tubos que transportan un fluido circulante donde se mide con precisión la frecuencia y la fase de esa agitación.

• La sacudida de ida y vuelta es impulsada por una bobina electromagnética, alimentada por un circuito amplificador electrónico para sacudir los tubos a su frecuencia de resonancia mecánica.