Instrumentación Industrial

Argumento de Instrumentación Industrial

No es imaginable, en la actualidad, la existencia de una industria moderna sin un completo sistema de instrumentación y control. La medición de los distintos parámetros que intervienen en un proceso de fabricación o transformación industrial es básica para obtener un control directo sobre los productos y poder mejorar su calidad y competitividad. Así pues, el conocimiento del funcionamiento de los instrumentos de medición y de control, y su papel dentro del proceso que intervienen, es básico para quienes desarrollan su actividad profesional dentro de este campo, como por ejemplo el jefe u operador del proceso, el proyectista, el técnico en instrumentos, el estudiante, etc.

A todos ellos se dedica este libro (que en su primera edición fue galardonado en los \"Premios Mundo Electrónico\") en el que, en distintos capítulos y de forma ordenada y didáctica, sin grandes alardes matemáticos (aunque sí se necesita una base mínima para comprender algunos aspectos), se trata de los términos y códigos empleados en instrumentación, transmisores, medición y control de presión, caudal, nivel, temperatura y otras variables, elementos finales de control, control automático, control por ordenador, instrumentos inteligentes, errores y calibración de instrumentos, aplicaciones y, finalmente, se dedica un apéndice a los principios básicos del análisis dinámico de los instrumentos .0Índice analítico

1. Generalidades

1.1 Introducción

1.2 Defi niciones en control

1.2.1 Campo de medida

1.2.2 Alcance

1.2.3 Error

1.2.4 Incertidumbre de la medida

1.2.5 Exactitud

1.2.6 Precisión

1.2.7 Zona muerta

1.2.8 Sensibilidad

1.2.9 Repetibilidad

1.2.10 Histéresis

1.2.11 Otros términos

1.2.12 Ejemplos generales de características de instrumentos

1.3 Clases de instrumentos

1.3.1 En función del instrumento

1.3.2 En función de la variable de proceso

1.3.3 Código de identifi cación de los instrumentos

2. Transmisores

2.1 Generalidades

2.2 Transmisores neumáticos

2.3 Transmisores electrónicos

2.4 Transmisores digitales

2.4.1 Transmisor inteligente capacitivo

2.4.2 Transmisor inteligente piezoresistivo

2.4.3 Ventajas e inconvenientes

2.5 Transmisión de señales por radio

2.6 Comunicaciones

2.6.1 Protocolos serie

2.6.2 Protocolos híbridos

2.6.3 Protocolos abiertos

2.7 Tabla comparativa de transmisores

3. Medidfasd de presión

3.1 Unidades y clases de presión

3.2 Elementos mecánicos
3.3 Elementos electromecánicos

3.4 Elementos electrónicos de vacío

4. Medidas de caudal

4.1 Medidores volumétricos

4.1.1 Instrumentos de presión diferencial

4.1.2 Área variable (rotámetros)

4.1.3 Velocidad

4.1.4 Fuerza (medidor de placa)

4.1.5 Tensión inducida (medidor magnético)

4.1.6 Desplazamiento positivo

4.1.7 Remolino y vórtex

4.2 Medidores de caudal masa

4.2.1 Medidores volumétricos compensados

4.2.2 Medidores térmicos de caudal

4.2.3 Anemómetro de hilo caliente

4.2.4 Medidor de Coriolis

4.3 Comparación de características de los medidores de caudal

5. Medición de nivel

5.1 Medidores de nivel de líquidos

5.1.1 Instrumentos de medida directa

5.1.2 Instrumentos basados en la presión hidrostática

5.1.3 Instrumento basado en el desplazamiento

5.1.4 Instrumentos basados en características eléctricas del líquido

5.1.5 Medidor de nivel de ultrasonidos

5.1.6 Medidor de nivel de radar o microondas

5.1.7 Medidor de nivel de radiación

5.1.8 Medidor de nivel láser

5.1.9 Otros fenómenos

5.1.10 Medidor másico de nivel

5.2 Medidores de nivel de sólidos

5.2.1 Detectores de nivel de punto fi jo

5.2.2 Detectores de nivel continuos

6. Medida de temperaturas

6.1 Introducción

6.2 Termómetro de vidrio

6.3 Termómetro bimetálico

6.4 Termómetros de bulbo y capilar

6.5 Termómetros de resistencia

6.6 Termistores

6.7 Sensores de temperatura de semiconductor

6.8 Termopares
6.8.1 Leyes, curvas y tablas características, tubos de protección y su selección

6.8.2 Compensación de la unión fría

6.8.3 Circuitos galvanométrico, potenciómetrico y digital

6.8.4 Verifi cación de un instrumento y de un termopar

6.8.5 Normas técnicas

6.9 Pirómetros de radiación

6.9.1 Pirómetros ópticos de desaparición de fi lamento

6.9.2 Pirómetro de infrarrojos

6.9.3 Pirómetro fotoeléctrico

6.9.4 Pirómetro de dos colores

6.9.5 Pirómetro de radiación total

6.9.6 Otros fenómenos

6.10 Velocidad de respuesta de los instrumentos de temperatura

6.11 Tabla comparativa de características

7. Otras variables

7.1 Variables físicas

7.1.1 Peso

7.1.2 Velocidad

7.1.3 Densidad y peso específi co

7.1.4 Humedad y punto de rocío

7.1.5 Viscosidad y consistencia

7.1.6 Llama

7.1.7 Oxígeno disuelto

7.1.8 Turbidez

7.1.9 Intensidad de radiación solar

7.2 Variables químicas

7.2.1 Conductividad en medio líquido

7.2.2 pH

7.2.3 Redox (potencial de oxidación-reducción)

7.2.4 Concentración de gases

8. Elementos fi nales de control

8.1 Válvulas de control

8.1.1 Generalidades

8.1.2 Tipos de válvulas

8.1.3 Cuerpo de la válvula

8.1.4 Tapa de la válvula o casquete

8.1.5 Partes internas de la válvula. Obturador y asientos

8.1.6 Corrosión y erosión en las válvulas. Materiales

8.1.7 Características de la válvula

8.1.8 Servomotores

8.1.9 Accesorios

8.1.10 Válvula inteligente
8.1.11 Dimensionamiento de la válvula. Coefi cientes Cv y Kv

8.1.12 Ruido en las válvulas de control

8.2 Otros elementos fi nales de control

8.2.1 Rectifi cadores controlados de silicio

8.2.2 Bombas dosifi cadoras

8.2.3 Actuadores de velocidad variable

8.2.4 Elementos fi nales varios

9. Regulación automática

9.1 Introducción

9.2 Características del proceso

9.3 Tipos de control

9.3.1 Control todo-nada

9.3.2 Control fl otante

9.3.3 Control proporcional de tiempo variable

9.3.4 Control proporcional

9.3.5 Control proporcional + integral

9.3.6 Control proporcional + derivado

9.3.7 Control proporcional + integral + derivado

9.4 Controladores neumáticos

9.5 Controladores electrónicos

9.5.1 Controlador todo-nada

9.5.2 Control proporcional de tiempo variable

9.5.3 Control proporcional

9.5.4 Control proporcional + integral

9.5.5 Control proporcional + derivado

9.5.6 Control proporcional + integral + derivado

9.6 Controladores digitales

9.6.1 Componentes

9.6.2 Algoritmos

9.6.3 Controlador digital universal

9.7 Selección del sistema de control

9.8 Criterios de estabilidad en el control

9.9 Métodos de ajuste de controladores

9.10 Otros tipos de control

9.10.1 Generalidades

9.10.2 Control en cascada

9.10.3 Programadores

9.10.4 Control de relación

9.10.5 Control anticipativo

9.10.6 Control de gama partida

9.10.7 Control selectivo

9.10.8 Control de procesos discontinuos

9.10.9 Controladores no lineales
9.10.10 Instrumentos auxiliares

9.11 Seguridad intrínseca y funcional

9.11.1 Introducción

9.11.2 Nivel de energía de seguridad y mecanismos de la ignición

9.11.3 Clasifi caciones de áreas peligrosas

9.11.4 Normas

9.11.5 Barreras Zener

9.11.6 Barreras galvánicas

9.11.7 Factores de seguridad

9.11.8 Seguridad funcional de los instrumentos

9.12 Control por ordenador

9.12.1 Generalidades

9.12.2 Control DDC

9.12.3 Control supervisor (SPC)

9.12.4 Control distribuido (DCS)

9.13 Sistemas de control avanzado

9.13.1 Generalidades

9.13.2 Correctores

9.13.3 Control robusto

9.13.4 Control linealizador global

9.13.5 Control estadístico del proceso (SPC)

9.13.6 Control multivariable

9.13.7 Control óptimo

9.13.8 Control adaptativo

9.13.9 Control predictivo

9.13.10 Sistemas expertos

9.13.11 Control por redes neuronales

9.13.12 Control por lógica difusa

9.14 Control integrado

9.14.1 Generalidades

9.14.2 Sistema de control básico, control distribuido y control avanzado

9.14.3 Gestión de alarmas

9.14.4 Sistema de gestión de laboratorio

9.14.5 Sistema de gestión de la producción

9.14.6 Red de comunicaciones

9.14.7 Sistema de gestión de seguridad de la planta

9.14.8 Sistema de gestión de la calidad (ISO 9000:2000)

9.14.9 Estándar OPC de intercambio de datos de proceso

9.14.10 Gestión de calibraciones

10. Calibración de los instrumentos

10.1 Generalidades

10.2 Errores de los instrumentos. Procedimiento general de calibración

10.3 Calibración de instrumentos de presión, caudal y nivel
10.3.1 Presión

10.3.2 Caudal

10.3.3 Nivel

10.4 Calibración de instrumentos de temperatura

10.4.1 Pirómetros de radiación

10.4.2 Transmisores de temperatura inteligentes

10.4.3 Calibradores universales de temperatura

10.5 Calibración de válvulas de control

10.6 Calibración de instrumentos digitales

10.6.1 Controlador universal o multifunción

10.6.2 Resto de instrumentos de la planta

10.7 Mantenimiento de instrumentos

10.8 Normativa de calidad ISO 9000:2000 aplicada a la instrumentación

10.8.1 ISO 9001

11. Aplicaciones en la industria. Esquemas típicos de control

11.1 Generalidades

11.2 Calderas de vapor

11.2.1 Generalidades

11.2.2 Control de combustión

11.2.3 Control de nivel

11.2.4 Seguridad de llama

11.3 Secaderos y evaporadores

11.4 Horno túnel

11.5 Columnas de destilación

11.6 Intercambiadores de calor

11.7 Control del reactor en una central nuclear

Apéndice A. Análisis dinámico de los instrumentos

A.1 Generalidades

A.2 Funciones elementales de excitación

A.2.1 Escalón unidad u(t)

A.2.2 Impulso unidad

A.2.3 Respuesta impulsional

A.2.4 Respuesta indicial

A.2.5 Respuesta ante una entrada en rampa

A.2.6 Respuesta ante una entrada senoidal

A.3 Análisis dinámico de los transmisores

A.3.1 Elementos fundamentales

A.3.2 Diagrama de bloques, diagrama de Bode y función de

transferencia de un transmisor

A.4 Análisis dinámico de los controladores

A.4.1 Introducción
A.4.2 Acción proporcional

A.4.3 Acción proporcional + integral

A.4.4 Acción proporcional + derivada

A.4.5 Acción proporcional + integral + derivada

A.4.6 Control PID en el diagrama de Nyquist

A.4.7 Ensayo de controladores

A.5 Iniciación a la optimización de procesos

A.5.1 Generalidades

A.5.2 Análisis experimental del proceso

A.5.3 Estabilidad

A.5.4 Criterios de ajuste en el diagrama de Bode

A.5.5 Criterios de ajuste en el diagrama de Nyquist

A.5.6 Ábaco de Nichols y curva de desviación

Apéndice B. Evolución de la instrumentación

B.1 Inicios - Instrumentos locales y neumáticos

B.2 Instrumentos electrónicos - Convencionales y de alta densidad

B.3 Computadores

B.4 Control distribuido

B.5 Control avanzado y transmisores inteligentes

B.6 Ergonomía

B.7 Comunicaciones

B.8 Futuro

Glosario

Bibliografía