LAZOS TPICOS DE INSTRUMENTACIN Y CONTROL

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LAZOS TÍPICOS DE INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL

• Sesión 3
• Juan Manuel Hernández Cid
• E-mail j.hernandez_at_ieee.org

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Contenido

• Variables importantes de procesos industriales y
  su medición.
• Temperatura.
• Presión.

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Temperatura

• La temperatura es la variable física más
  comunmente medida en procesos industriales.
• En un sistema con un gran número de partículas,
  su temperatura está relacionada con la energía
  promedio de las partículas.
• El valor promedio del trabajo externo o la
  energía intercambiada entre sistema y medio se
  llama calor (Q).

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Unidades

• El calor se expresa en el S.I. en joules (J).
• La temperatura debería expresarse en joules por
  partícula.
• En el S.I., la unidad de la temperatura es el
  kelvin.
• Temp. termodinámica pV(nR)T
• Otra escala usual de temperatura es el Celsius,
  basada en los puntos de ebullición y congelación
  del agua a la presión atmosférica normal.
  KC273,16

Triple point of water (TPW) cell. La celda a
610,08 Pa se enfría hasta tener agua, hielo y
vapor presentes y en equilibrio. La temperatura
es 273.16K por definición (0.01C).
http//www.unidata.ucar.edu/staff/blynds/3pt.html
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Calibración
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Transferencia de calor

• Conducción

• Convección

• Radiación

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Influencias

• La masa del sensor.
• El tiempo de respuesta
• F(masa)
• F(dispositivo sensor)

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Ejemplo

• Cuál es su temperatura normal?
• Exactitud y resolución del termómetro
• Tiempo de contacto
• Masa del termómetro y de la lengua
• Error humano en la lectura

36.5 37 37.5
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Tipos de instrumentos

• Por efectos mecánicos
• Se basan en un cambio de dimensión mecánica
  (volumen, longitud,...)
• Por efectos eléctricos
• Miden mediante cambios de una variable eléctrica
  (resistencia, tensión, fem,...)
• Por radiación
• Con base en la intensidad de radiación emitida
  por el cuerpo caliente

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Termómetros mecánicos

• Termómetro de vidrio
• Termómetro bimetálico
• Termómetro de bulbo

Clase I por líquido Clase II por vapor Clase
III por gas Clase IV por mercurio
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Termómetros eléctricos

• De resistencia (RTD)
• Mediante termistor
• Circuito integrado (C.I.)
• Termopares o termocuplas

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Resistance Temperature Detector

• Más exacto y estable
• Bueno para 800 grados Celsius
• Resistancia f(T absoluta)
• Autocalentamiento
• Baja resistencia
• No lineal

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RTD
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Ecuación del RTD

• R 100 ohms _at_ O C
• Ecuación Callendar-Van Deusen

• RRo(1aT) - Ro(ad(.01T)(.01T-1))
• Ro100 ohms _at_ O C
• a 0.00385 ohm /ohm C
• d 1.49

para Pt
R
300 200 100
No linealidad
T

• 0 200 400 600 800

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Termistor
Rhilo1

V
I 0.1 mA
Rhilo1
-
5k

• Alta impedancia Sensitivo 5 k _at_ 25C R
  4/grado C

• Alcance limitado

• Método 2-hilos R I (Rtmr 2Rhilo)
• Error Rhilo 2 /400 0.005 grados C
• Masa pequeña Elevado autocalentamiento
• Muy alineal

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Termistores
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Sensor de circuito integrado

• Elevada salida
• Muy lineal
• Exacto a temperaturas ambiente
• Campo limitado
• Económico

AD590
I 1 uA/K

100
-
5V
1mV/K
960
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Termopares
Platino
Metal Base

• Presentan coeficientes Seebeck en
  microvolts/grado C

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Termopares
Seebeck Coef uV/C
Type
Metals
Fe-Con Ni-Cr Cu-Con Pt/Rh-Pt Ni/Cr-Con Ni/Cr/Si-Ni
/Si

• Salida en microvolts, es muy difícil de medir
• Tipo "N" es más robusto y para temp. mayores que
  tipo K, es económico

J K T S E N
50 40 38 10 59 39
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Errores Físicos

• Cortos, impedancia shunt
• Acción galvánica
• Descalibración

• Exactitud del sensor
• Contacto térmico
• Corto térmico

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Los 4 sensores básicos
Termopar

• Amplia variedad
• Económico
• Amplio campo
• Sin autocalentado

• Difícil de medir
• Temp. relativa
• No lineal
• Conectores especiales

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Pirómetro óptico

• Sensible a la radiación infraroja
• Fotodiodo o fotoresistor
• Exactitud f(emisitividad)
• Útil a muy altas temperaturas
• Sin contacto
• Muy costoso
• No muy exacto

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Pirómetros
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Ejemplos
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Alcances
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Síntesis
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Presión

• La presión es una fuerza por unidad de área.
• La unidad de medida en el S.I. es el pascal (Pa).
• El pascal es un newton por metro cuadrado.
• El psi (libra por pulgada cuadrada) se suele
  usar, la transmisión neumática es de 3-15 psi
  (1psi 6894,76 Pa).

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Presión

• La presión de un fluido resulta de un intercambio
  de la cantidad de movimiento entre las moléculas
  del fluido y la pared que lo contiene.
• La presión se mide ya sea en forma absoluta o en
  forma diferencial.

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Presión

• Presión absoluta valor absoluto de la fuerza por
  unidad de área.
• Presión diferencial diferencia entre dos valores
  de presión.
• Presión relativa o manométrica presión
  diferencial entre el valor absoluto y la presión
  atmosférica.
• Vacío cantidad en que la presión atmosférica
  excede a la presión absoluta.

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Instrumentos de presión

• Mecánicos
• Neumáticos (tobera-obturador)
• Electromecánicos
• Equilibrio de fuerzas
• Resistivos
• Magnéticos
• Capacitivos
• Extensiométricos
• Piezoeléctricos
• Electrónicos

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Barómetro
h
 
Presión de una columna donde ? densidad de masa
por unidad de volumen h altura de la columna g
aceleración de la gravedad  
h
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(No Transcript)
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(No Transcript)