Asignatura del Nivel 3
Asignatura
Instrumentación Industrial
Profesor
Juan Herrera Q.
Contenidos

1. Introducción. Aspectos Generales: Equipos que componen la instrumentación industrial (sensores, actuadores y controladores); Sistemas de Control de Lazo Abierto y Cerrado; Tipos de sensores. Especificaciones Técnicas: Rango (del instrumento, de trabajo y de salida); Sensibilidad y Ganancia Estática; Histéresis, Inexactitud; Características dinámicas. Principales Variables de Medición Industrial: Presión, Flujo, Nivel y Temperatura; Otras variables. Instrumentación Centralizada y Distribuida: Características distintivas; Tendencias.

2. Criterios de Selección e Identificación de Instrumentos. Tópicos de Selección: Tipo de proceso; Importancia de la variable a instrumentar; Asignación de recursos disponibles; Soporte y Proyección de la variable; Normalización. Terminología: Campo de medida (rango); Alcance ("span"); Error de medición; Precisión; Zona muerta; Sensibilidad; Repetibilidad; Histéresis. Clasificación de Instrumentos: En función del instrumento (elementos primarios, transmisores, controladores, registradores, transductores, convertidores, elementos finales de control; En función de la variable medida (presión, flujo, nivel, temperatura); En función del carácter de la medición (eléctricos, mecánicos, neumáticos). Normas de Representación: Diagramas de Tuberías e Instrumentación ("P&ID"); Normas ISA S5.1 y S5.3; Ejemplos de aplicación.

3 . Sensores de Presión. Generalidades: Definición de presión; unidades y conversión; tipos de medición (absoluta, relativa y diferencial); Clasificación; Rangos industriales; Presiones de referencia; Términos para expresar la inexactitud; Equilibrio de movimiento y de fuerzas. Sensores con Fuelles: Sensores de presión absoluta y manométrica; Sistemas de medición de presión diferencial. Sensores "Bourdon": Tipo "C"; Espiral; Helicoidal (estándar y de silicio difundido); características de los materiales más utilizados. Sensores de Diafragma: Planos, corrugados, convexos y anidados; simples y de múltiples cápsulas; Configuraciones típicas. Sensores Electrónicos: "Strain-gages", Potenciométricos, Capacitivos e Inductivos. Ejemplos de Aplicaciones Industriales.

4. Sensores de Flujo y Velocidad. Generalidades: Definición de Flujo volumétrico y másico; Unidades. Clasificación: Presión diferencial; Magnéticos; Turbina; Torbellino; Área variable; Desplazamiento positivo; Ultrasónicos; Bombas de medición; Flujómetros de masa. Elección del Tipo de Instrumento: Pautas de Selección; Uso de tablas. Medición por Presión Diferencial: Placas orificio; Tubo "Venturi"; Toberas; Tubo "Pitot"; Tipos de Flujos: Laminar; Turbulento; Número de "Reynolds". Medición de Flujo Laminar: Ley de "Hagen-Poiseuille"; Flujómetro capilar; parámetros de diseño. Medición de Flujo Másico: Flujómetros de transferencia de calor. Medición con Dispositivos de Desplazamiento Positivo: Bombas de medición; Bombas peristálticas; Bombas de Diafragma.

5. Sensores de Nivel. Generalidades: Grupos de aplicación; Tipos de Procesos; Medición continua y por cota de nivel. Burbujeadores: Principio de funcionamiento; Configuraciones típicas. Dispositivos Basados en Capacitancia: Características generales; Disposición de los electrodos; Tipos de sensores: Dsipositivos más comunes, Sensores tipo antena, Sensores de proximidad; Variaciones por conductividad y por impedancia. Sensores por Conductividad: Electrodos; Forma y uso. Sensores por Efecto de Campo: Principio de funcionamiento; Montaje; Cuidados de instalación. Detectores de Diafragma: Características; Montaje para medición de nivel de sólidos y de líquidos; Repetidores. Sensores Basados en Presión Diferencial: Elevación y Depresión del rango; Detección de interfases; Control de inventario, Sensores de Flotación: Medición continua y por cota de nivel; Configuraciones típicas; Interruptores; Sensores por Desplazamiento. Sensores por Ondas: Laser (por triangulación o por tiempo de tránsito); Por contacto o sin
contacto; Ultrasónicos; Microondas; Radar. Otros Sensores: Calibre de Nivel; Cinta de resistencia; Sensores térmicos; Vibración. Características Relevantes de la Medición en Estanques Abiertos y Presurizados.

6. Sensores de Temperatura. Generalidades: Unidades; Conversión de unidades; Guías de selección. Termómetros de Vidrio y Bulbo Relleno: Clases I, II, II y V; Compensación de temperatura ambiente. Termómetros Bimetálicos: Características relevantes. Resistencias Variables con la Temperatura (RTD's): Elementos más utilizados, Configuraciones y tipos de encapsulados; Conexiones de dos, tres y cuatro hilos. Termocuplas: Tipos; Tablas de termocuplas; Leyes de temperatura y metales intermedios; Compensación de juntura fría; Conexiones especiales; Tipos de uniones; Cables compensados; Elementos de conexión. Otros Termómetros: Fibra óptica, Transistores y diodos; Termistores; Pirómetros de radiación e infrarrojos (principio de medición, dispositivos manuales y automáticos); Interruptores de temperatura (termostatos).

7. Comunicaciones Industriales. Transmisores Digitales: Reseña histórica de los equipos transmisores; Modelos básicos de transmisores digitales; Ventajas y desventajas de la transmisión digital. Buses de Campo: Aspectos generales de las capas OSI; Protocolos propietarios y abiertos. Características de los Buses de Campo Más Usados: "HART"; "WORLDFIB"; "ISP". Niveles de Aplicación: "Modbus"; "Fieldbus"; "DeviceNet"; "BitNet". Arquitecturas de Buses de Campo: Actual y Futura.

8. Válvulas Industriales. Generalidades: Composición (cuerpo y actuador); Asiento y obturador. Tipos de Válvulas: Globo; en Ángulo; de Tres Vías; de Jaula; de Compuerta; en "Y"; de Cuerpo Partido; "Saunders"; de Compresión; de Obturador Excéntrico Rotativo y Cilíndrico; de Mariposa; de Bola; de Orificio Ajustable; de Flujo Axial. Cuerpo de la Válvula: Características generales; Tipos de materiales empleados; Tipos de conexiones. Tapa: Objetivo; Configuraciones típicas; Caja de empaquetaduras. Características de Caudal: Inherente y Efectiva; Ejemplos de aplicación; Selección de la característica de una válvula; Fugas admisibles (Norma ANSI B16.104/1976). Tipos de Acciones: Directa e inversa. Dimensionamiento de una Válvula: Parámetros característicos ("Kv" y "Cv"); Fórmulas de cálculo; Corrección por viscosidad; Vaporización; Cavitación; Ejemplos de dimensionamiento.
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