Instrumentos de Medida y Transductores en Control de Procesos
Clasificación de Instrumentos de Medida por Tipo de Señal
¿En qué tres grupos principales se clasifican los instrumentos de medida?
- ANALÓGICA: La señal es continua y puede mostrar infinitos valores.
- DIGITAL: La señal es discontinua y solo puede tomar dos valores (0 o 1), sin pasar por valores intermedios.
- NEUMÁTICA: Son las señales de presión de aire en una tubería que cambian la presión de aire en proporción al cambio de medida.
Elementos del Lazo de Control y Clasificación de Instrumentos
- Elementos primarios
- Obtienen una señal que sirve al sistema para generar una medición.
- Transductores
- Modifican la señal para que sea procesada más fácilmente (eléctrica o neumática).
- Transmisor
- Convierte la señal del transductor en una señal estándar.
- Instrumento indicador
- Escalas graduadas capaces de indicar la variable medida.
- Instrumento registrador
- Planilla sobre papel calibrado.
- Instrumento ciego
- No hay indicación de la variable.
- Controladores
- Comparan la variable controlada con el valor deseado.
- Actuadores
- Elemento final de control, recibe la señal del controlador.
Clasificación de Instrumentos de Medida por Variable
¿En qué grupos se clasifican los instrumentos de medida?
- Medidores de presión
- Medidores de nivel
- Medidores de temperatura
- Medidores de caudal
El Transductor: Definición y Función
¿Qué es un transductor? (Realiza un esquema)
El transductor modifica la señal que proporciona el sensor para que sea procesada más fácilmente.
Sistemas de Transducción de Señal: Desplazamiento Lineal
Transforman la señal mecánica en eléctrica y neumática. Se utilizan para medir variables de presión, nivel y temperatura.
Se clasifican en:
- Potenciómetros: Contacto que se desplaza a través de una resistencia. El movimiento del contacto lo genera el objeto cuyo desplazamiento queremos medir.
- Transformador diferencial: Formado por tres bobinas alrededor de un cilindro; se aplica voltaje y se crea una fuerza.
- Condensadores: Dispositivo almacenador de carga, formado por dos placas conductoras separadas por un material dieléctrico.
- Galga extensométrica: Elemento resistivo que, al aplicar una deformación, varía la resistencia eléctrica. Está compuesta por un filamento metálico en zigzag.
Funcionamiento del Transductor Piezoeléctrico
Cuando materiales cristalinos son sometidos a una deformación debido a tensión mecánica, aparecen cargas eléctricas opuestas. La carga eléctrica es proporcional a la tensión mecánica.
Funcionamiento del Transductor Piezorresistivo
Modifican su resistencia eléctrica al ser sometidos a una tensión mecánica.
Funcionamiento del Transductor Neumático
Convierten el desplazamiento de un elemento en una señal neumática. Se suministra aire a presión constante; la presión de salida del aire depende de la distancia entre la tobera y el obturador.
Medición de Presión Industrial
Definiciones de Presión
- Presión relativa o manométrica
- Se define por un elemento que mide la diferencia entre la presión absoluta y la atmosférica (manómetro).
- Presión atmosférica
- Es la presión ejercida por la atmósfera terrestre (barómetro).
- Presión absoluta
- Se mide con respecto al cero absoluto de presión.
- Presión de vacío
- Es la presión medida por debajo de la atmosférica (vacuómetro).
Fórmulas de Presión y Unidades
Escribe las fórmulas de presión e indica sus unidades:
- Presión general: $P = F/S$ (Fuerza / Superficie)
- Presión hidrostática: $P = d \cdot g \cdot h$ (Densidad $\cdot$ Gravedad $\cdot$ Altura)
Relación entre los Tipos de Presión
¿Cómo se relacionan las presiones anteriores?
- Presiones por encima de la atmosférica: $P_{abs} = P_{manométrica} + P_{atm}$
- Presiones por debajo de la atmosférica: $P_{abs} = P_{manométrica} – P_{atm}$
Instrumentos de Medida por Tipo de Presión
¿Con qué instrumento se mide cada presión?
- Presión Atmosférica: Barómetro
- Presión Manométrica: Manómetro
- Presión de Vacío: Vacuómetro
Tipos Básicos de Manómetros en Columna de Líquido
- El tubo en U
- El tubo en U diferencial
- El de tubo inclinado
Diferencia entre Manómetro Inclinado y Manómetro de Tubo en U
El manómetro inclinado tiene mayor precisión que el manómetro de tubo en U.
Manómetros Elásticos
Explicación del Manómetro Bourdon
Consta de un tubo transversal cerrado por un extremo. Al aumentar la presión sobre el extremo cerrado, el tubo se desplaza hacia afuera, y al disminuir la presión, vuelve a su sitio. El extremo cerrado está unido a una aguja que se mueve sobre una escala.
Tipos de Bourdon
- Bourdon en espiral
- Bourdon helicoidal
Funcionamiento de los Manómetros de Fuelle y Diafragma
- Manómetro de fuelle: Tiene un elemento elástico en forma de fuelle, al que se le aplica la presión a medir. Esta presión estira el fuelle y el movimiento de su extremo libre es el movimiento de la aguja indicadora.
- Manómetro de diafragma: La presión actúa sobre un diafragma elástico que se deforma. Esa deformación se convierte en el movimiento de la aguja indicadora.
Otros Instrumentos de Presión
- Manovacuómetro
- Medidor capaz de medir presiones por encima y por debajo de la presión atmosférica. Su cero se encuentra en el centro (en una misma escala).
- Presostato
- Interruptor de presión. Cierra o abre el circuito eléctrico dependiendo de la presión del fluido.
Instrumentos de Medición de Nivel
Medidores de Nivel Locales
¿Qué son y cómo funcionan los medidores de nivel locales?
Son medidores que permiten una lectura de nivel de líquido junto al depósito. Se colocan en vertical y en paralelo, y funcionan por el principio de vasos comunicantes. (Ejemplos: nivel de vidrio armado, niveles magnéticos, medidores de regleta, flotador con potenciómetro).
Clasificación de Instrumentos de Nivel
Ejemplos de medidores:
- Medidores de nivel locales: Nivel de vidrio armado, nivel magnético, medidor de cinta.
- Transmisores de nivel: Radioactivos, por burbujeo, capacitivo, ultrasonidos, presión diferencial.
- Interruptores de nivel: Vibratorios, ópticos, flotador, microondas, paletas rotativas, membrana sensitiva.
- Medidores para tanques o esferas: Radar.
Medidor Magnético
¿Qué es y cómo funciona un medidor magnético?
- Tubo vertical y en paralelo al depósito, basado en el principio de vasos comunicantes.
- Contiene un medidor y un imán que modifica la posición de los flippers (láminas blancas y rojas).
- Apropiado para líquidos corrosivos y peligrosos.
Medidor de Nivel por Flotador Directo
Explica y dibuja el funcionamiento de un medidor de nivel por flotador directo:
- Está formado por un flotador, un sistema de cuerdas y poleas, un contrapeso y una escala exterior.
- A más nivel de líquido, el nivel de la escala estará más inferior y viceversa.
- Presenta baja exactitud y posibles fallos mecánicos.
Medidor de Nivel por Ultrasonidos
¿Cómo funciona un medidor de nivel por ultrasonidos?
- Mide el tiempo de dos pulsos (fondo del depósito y superficie del líquido). A mayor tiempo entre ellos, mayor nivel de líquido.
- Emite ondas ultrasónicas.
- Es muy preciso y exacto, pero es costoso.
Transmisores de Nivel
Función del Transmisor de Nivel
Es un transmisor que convierte la medida de nivel en una señal eléctrica o neumática y se transmite para visualizarse a distancia.
Transmisor de Nivel Diferencial
El nivel es directamente proporcional a la presión hidrostática que ejercen las columnas de líquido del depósito.
Transmisor de Nivel Capacitivo
- Utilizado en tanques de combustible.
- Está formado por dos tubos conductores concéntricos y en medio hay aire o combustible.
Ventajas e Inconvenientes de un Transmisor Radioactivo
Está formado por una fuente de radiación y un detector colocado fuera del tanque.
- Ventajas: Se puede utilizar a altas temperaturas y con sustancias corrosivas.
- Inconvenientes: Peligrosidad por la radiación y las sustancias radioactivas.
Interruptores de Nivel
Los Interruptores de nivel indican nivel de alta o baja, NO proporcionan una medida continua.
Medidor de Nivel por Paletas Rotativas
Un motor hace girar unas paletas. Cuando el producto llega a la altura deseada, el motor deja de girar. Se utiliza en medidas de sólidos.
Medidor de Nivel por Flotador (Interruptor)
Es una boya asociada a un contacto eléctrico. Cuando flota, hay nivel y señal. Cuando NO flota, no hay nivel ni señal.
Medidor de Nivel por Burbujeo
Se inyecta aire en la base del depósito. El nivel es proporcional a la presión necesaria para que las burbujas lleguen a la superficie. Se utiliza en tanques abiertos y balsas enterradas.
Medidor Interruptor de Nivel Óptico
Consta de un LED y un detector en un prisma. El LED se refleja en el prisma en el caso de que el fluido no llegue al interruptor. Cuando llega, parte de esa luz se transmitirá al fluido.
Medidor de Nivel Vibratorio
Diapasón que vibra a una determinada frecuencia. Se usa en líquidos, sólidos y pulpas.
- Cuando no hay producto, la vibración es al 100%. Si hay producto, la vibración se amortigua.
Medidores Sensitivos (Membrana)
La presión en la membrana proporciona el nivel.
Medidores de Nivel para Grandes Depósitos (Tanques o Esferas)
Se utilizan para depósitos y tanques de grandes dimensiones de materias primas o productos finales. Tienen mucha exactitud y el precio es alto.
Medidores Radar
Es una cabeza que emite una señal de microondas y detecta el eco proporcional a la altura del producto. Se acopla a sondas de temperatura.