INSTRUMENTACION INDUSTRIAL

INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE TLAXCO


INSTRUMENTACION INDUSTRIAL


 AMAURI MARTIN HERNANDEZ MONTAÑO
DAVID OMAR GOMEZ SALINAS
MARCO ANTONIO RODRIGUEZ FLORES


ING MAXIMA SANCHEZ CUATETA

INSTRUMENTACIÓN

UNIDAD I

INTRODUCCIÓN A LA INSTRUMENTACIÓN Y NORMAS

1.1.-INTRODUCCIÓN A LA INSTRUMENTACIÓN.

1.2.-DEFINICIONES Y CONCEPTOS

1.3.-SIMBOLOGIA, NORMAS Y SISTEMAS DE UNIDADES.

1.4.-NORMA SAMA.

1.5.-NORMA ISA.

UNIDAD II

TIPOS DE SENSORES.

2.1.- SENSORES DE PRESIÓN.

2.2.- SENSORES DE FLUJO.

2.3.- SENSORES DE TEMPERATURA.

2.4.- SENSORES DE NIVEL.

2.5.- SENSORES PARA OTRAS VARIABLES FISICAS:

PESO, VELOCIDAD, CONDUCTIVIDAD, LUZ, PH, Y OTROS.

2.6.- CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE UN SENSOR.

UNIDAD III

ACTUADORES FINALES DE CONTROL.

3.1.-TIPOS DE ACTUADORES: ELÉCTRICOS, NEUMÁTICOS E HIDRAULICOS.

3.2.-TIPOS DE VÁLVULAS DE CONTROL.

3.3.-TIPOS DE PISTONES.

3.4.- OTRO TIPOS DE ACTUADORES.

3.5.- CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE UN ACTUADOR.

UNIDAD IV

CONTROLADORES

4.1.-APLICACIONES DE SISTEMAS DE LAZO ABIERTO Y LAZO CERRADO.

4.2.-MODOS DE CONTROL APLICADOS EN INSTRUMENTACIÓN:

4.2.1.- ON-OFF.

4.2.2.- PROPORCIONAL.

4.2.3.-PROPORCIONAL + INTEGRAL.

4.2.4.- PROPORCIONAL + INTEGRAL + DERIVATIVO.

4.3.-CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE UN CONTROLADOR.

4.4.-SINTONIZACIÓN DE CONTROLES.

4.5.- APLICACIONES DE CONTROLADORES.

UNIDAD V

TÓPICOS DE CONTROL ASISTIDO POR COMPUTADORA

5.1.-ADQUISICIÓN DE DATOS.

5.2.-CONTROL SUPERVISORIO REMOTO.

5.3.- CONTROL DIGITAL DIRECTO.

5.4.-INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL.

5.5.- CONTROL DISTRIBUIDO.

UNIDAD I

1.1.- INTRODUCCIÓN A LA INSTRUMENTACIÓN Y NORMAS.

Si analizamos nuestras actividades cotidianas, desde el momento que suena la alarma

de un despertador y nos preparamos para desarrollar nuestras actividades diarias, así

como encender un foco o escuchar el encendido o apagado del motor de la bomba,

etc., nos auxiliaremos de instrumentos que nos ayudan a desarrollar ciertas actividades

oportunamente con eficiencia, rapidez, etc.

Igual manera mecánicos, electricistas, médicos, ingenieros y arquitectos, se auxilian de

instrumentos para llevar a cabo sus actividades diarias, con el objetivo de lograr un

avance con la mayor eficiencia, calidad y volumen de producción.

Es lógico pensar que para las industrias, sin importar el tamaño de estas, es

imprescindible el uso de instrumentos industriales, para facilitar la manufactura de sus

productos.

Como consecuencia de la globalización de los mercados internacionales, se ha orillado

a los países del tercer mundo a competir en el mercado con productos de calidad,

precio y tiempos de entrega oportunos.

¿QUE ES LA INTRUMENTACION INDUSTRIAL?

Es el conocimiento de la correcta aplicación de los equipos encaminados para apoyar

al usuario en la medición, regulación, observación, transformación, ofrecer seguridad,

etc., de una variable dada en un proceso productivo.

Los instrumentos industriales pueden realizar las siguientes funciones:

1. Sensar o captar una variable

2. Acondicionar una variable dada

3. Transmitir una variable

4. Controlar una variable

5. Indicar la magnitud de una variable

6. Totalizar una variable

7. Registrar una variable

8. Convertir una variable

9. Alarmar por magnitud una variable

10. Interrumpir o permitir una secuencia dada

11. Transmitir una señal

12. Amplificar una señal

13. Manipular una variable del proceso, etc.

DEFINICIONES Y CONCEPTOS.

Los procesos industriales exigen el control de la fabricación de los diversos productos

obtenidos. Los procesos son muy variados y abarcan muchos tipos de productos: la

fabricación de los productos derivados del petróleo, de los productos alimenticios, de la

industria cerámica, de las centrales generadores de energía, de la siderurgia, de los

tratamientos térmicos, de la industria papelera, de la industria textil, etc.

En todos estos procesos es absolutamente necesario controlar y mantener constantes

algunas magnitudes, tales como la presión, el caudal, el nivel, la temperatura, el pH, la

conductividad, la velocidad, la humedad, el punto de rocío, etcétera. Los instrumentos

de medición y control permiten el mantenimiento y la regulación de estas constantes en

condiciones más idóneas que las que el propio operador podría realizar.

En los inicios de la era industrial, la operatoria de los procesos se llevaba a cabo con

un control manual de estas variables utilizando sólo instrumentos simples,

manómetros, termómetros, válvulas manuales, etc., control que era suficiente por la

relativa simplicidad de los procesos. Sin embargo, la gradual complejidad con que

éstos se han ido desarrollando ha exigido su automatización progresiva por medio de

los instrumentos de medición y control. Estos instrumentos han ido liberando al

personal de campo de su función de actuación física directa en la planta y al mismo

tiempo, le han permitido una labor única de supervisión y de vigilancia del proceso

desde centros de control situados en el propio proceso o bien en salas aisladas

separadas; asimismo, gracias a los instrumentos ha sido posible fabricar productos

complejos en condiciones estables de calidad y de características, condiciones que al

operario le serían imposibles o muy difíciles de conseguir, realizando exclusivamente

un control manual.

DEFINICIONES EN CONTROL

Los instrumentos de control empleados en las industrias de proceso tales como química,

petroquímica, alimenticia, metalúrgica, energética, textil, papel, etc., tienen su propia

terminología; los términos empleados definen las características propias de medida y de

control y las estáticas y dinámicas de los diversos instrumentos utilizados:

- Indicadores, registradores, controladores, transmisores y válvulas de control.

La terminología empleada se ha unificado con el fin de que los fabricantes, los usuarios y

los organismos o entidades que intervienen directa o indirectamente en el campo de la

instrumentación industrial empleen el mismo lenguaje. Las definiciones de los términos

empleados se relacionan con las sugerencias hechas por ANSI/ISA-S51.1-1979 (R 1993)

aprobadas el 26 de mayo de 1995.

INTERVALO DE MEDIDA (RANGE

)

Espectro o conjunto de valores de la variable medida que están comprendidos dentro de los

límites superior e inferior de la capacidad de medida, de recepción o de transmisión del

instrumento. Viene expresado estableciendo los dos valores extremos. Ejemplo: Un

manómetro de intervalo de medida 0-10 bar, un transmisor de presión electrónico de 0-25

bar con señal de salida 4-20 mA ó un instrumento de temperatura de 100-300 °C.

ALCANCE(SPAN

)

Es la diferencia algebraica entre los valores superior e inferior del campo de medida del

instrumento. En los ejemplos anteriores es de 10 bar para el manómetro, de 25 bar

para el transmisor de presión y de 200 °C para el instrumento de temperatura.

ERROR

El error de la medida es la desviación que presentan las medidas prácticas de una

variable de proceso con relación a las medidas teóricas o ideales, como resultado de

las imperfecciones de los aparatos y de las variables parásitas que afectan al proceso.

EXACTITUD (ACCURACY)

 

La exactitud, es la cualidad de un instrumento de medida por la que tiende a dar lecturas

próximas al verdadero valor de la magnitud medida.

En otras palabras, es el grado de conformidad de un valor indicado a un valor estándar

aceptado o valor ideal, considerando este valor ideal como si fuera el verdadero.


UNIDAD   2

TIPOS DE SENSORES

SENSOR DE PRESION

Suelen estar basados en la deformación de un elemento elástico cuyo movimiento es detectado por un transductor que convierte pequeños desplazamientos en señales eléctricas analógicas, mas tarde se pueden obtener salidas digitales acondicionando la señal. Pueden efectuar medidas de presión absoluta (respecto a una referencia) y de presión relativa o diferencial (midiendo diferencia de presión entre dos puntos) Generalmente vienen con visualizadores e indicadores de funcionamiento.
Caracteristicas 

tipo de sensor presión relativa, absoluta
Rango nominal de presiones en bar (0-10 bar)
Presión de ruptura bar (4,9 bar ... 15 bar)
Tensión de alimentación en cc, ca
Fluido aplicable Gases no corrosivos
Tiempo de respuesta ms (10ms max)
Salida V máx (30 V)
Temperatura de funcionamiento 0ºC a +50ºC
Aplicaciones
Control de sujección,Succión de elementos, succión de tornillos en atornilladores automáticos, apretado de tuercas automáticas, control de fuerza en pinzas prensoras , confirmación de presión a la soldadura

El control de la presión en los procesos industriales da condiciones de operación seguras. Cualquier recipiente o tubería posee cierta presión máxima de operación y de seguridad variando este, de acuerdo con el material y la construcción. Las presiones excesivas no solo pueden provocar la destrucción del equipo, si no también puede provocar la destrucción del equipo adyacente y ponen al personal en situaciones peligrosas, particularmente cuando están implícitas, fluidos inflamables o corrosivos. Para tales aplicaciones, las lecturas absolutas de gran precisión con frecuencia son tan importantes como lo es la seguridad extrema.

Funcionamiento

Los sensores piezorresistivos de la presión del silicio de la detección y del control de Honeywell contienen los elementos de detección que consisten en cuatro piezoresistores enterrados frente a un diafragma fino, químico-grabado al agua fuerte del silicio. Un cambio de la presión hace el diafragma doblar, induciendo una tensión en el diafragma y los resistores enterrados. Los valores del resistor cambian en proporción con la tensión aplicada y producen una salida eléctrica.

Características

Estos sensores son pequeños, bajos costo y confiables. Ofrecen la capacidad de repetición excelente, la alta exactitud y la confiabilidad bajo variación de condiciones ambientales. Además, ofrecen características de funcionamiento alto constantes a partir de un sensor al siguiente, y de la capacidad de intercambio sin la recalibración.Mejor usado para: Dispositivos médicos y de la HVAC, equipo del almacenaje de datos y de la cromatografía de gas, controles de proceso, maquinaria industrial, bombas y robótica.

Sensores de presión micromecánicos
El sensor de presión de alimentación está montado por lo general directamente en el tubo de admisión. Mide la presión absoluta en el tubo de admisión (2 .... 400 kPA o 0,02 ....4,0 bar), o sea que mide la presión contra un vacío de referencia y no contra la presión del entorno. De este modo es posible determinar la masa de aire con toda exactitud y regular el compresor de acuerdo con las necesidades del motor.Si el sensor no esta montado directamente en el tubo de admisión, este se hace comunicar neumáticamente con el tubo de admisión mediante una tubería flexible.

Sensor de presión atmosférica (ADF)Este sensor puede estar montado en la unidad de control o en otro lugar del vano motor. Su señal sirve para la corrección, en función de la altura, de los valores teóricos para los circuitos reguladores (como ejemplo: retroalimentación de gases de escape EGR, regulación de la presión de sobrealimentación). Con ello se pueden tener en cuenta las diferencias de la densidad del aire del entorno. El sensor de presión de entorno mide la presión absoluta (60 .....115 kPa o 0,6 ....1,15 bar).

Sensor de presión del aceite y combustibleLos sensores de presión de aceite están montados en el filtro de aceite y miden la presión absoluta del aceite para que se pueda averiguar la carga del motor para la indicación de servicio. Su margen de presiones se sitúa en 50 ....1000 kPa o 0,5 ...10,00 bar.

Estructura

El componente esencial del sensor de presión micro mecánico es el elemento sensor con la "célula de sensor" (figura inferior). Ella consta de un chip de silicio (2) micromecánico que lleva grabada una membrana delgada (1). Sobre la membrana hay dispuestas cuatro resistencias de medición (R1, R2), cuya resistencia eléctrica varia bajo tensión mecánica.En el sensor de presión puede estar integrado adicionalmente un sensor de temperatura que se puede evaluar independientemente. Esto significa que hay que montar solamente un sensor para medir la temperatura y la presión.

Funcionamiento

Según cual sea la magnitud de la presión se curva de manera distinta la membrana de la célula del sensor (pocos micrómetros). Las cuatro resistencias de medición sobre la membrana modifican su resistencia eléctrica bajo las tensiones mecánicas producidas (efecto piezorresistivo).Las resistencias de medición (R1, R2) están dispuestas sobre el chip de silicio (2) de tal forma que al deformarse la membrana (1) aumenta la resistencia de dos de las resistencias de medición, a la vez que disminuye la misma en las dos restantes. Las resistencias de medición están dispuestas en un "puente Wheatstone". Debido al cambio de las resistencias se va modificando también la relación de las tensiones eléctricas en las resistencias de medición. Debido a ello se modifica la tensión de medición (UA). La tensión de medición es, pues, una medida para la presión en la membrana.Mediante el puente resulta una tensión de medición mas alta que al evaluarse solamente una resistencia individual. El "puente Wheatstone" permite obtener así una alta sensibilidad.El lado de la membrana que no queda sometida a la presión de medición se encuentra expuesto a un vació de referencia (3), de modo que el sensor mide el valor absoluto de la presión. El sistema electrónico evaluador completo esta integrado en el chip y tiene la misión de amplificar la tensión de puente, de compensar influencias de temperatura y de linealizar la curva característica de presión. La tensión de salida es del orden de 0 ....5 V y se suministra a la unidad de control de motor a través de conexiones eléctricas. Mediante una curva característica programada se calcula la presión.

Sensores de alta presión

Aplicación

Los sensores de alta presión se emplean en el automóvil para medir la presión del combustible y del líquido de freno:Sensor de presión "rail" diesel Este sensor mide la presión del combustible en el tubo distribuidor (rail) del sistema de inyección diesel "Common Rail". La presión máxima de trabajo (presión nominal) Pmax: es de 160 MPa (1600 bares). La presión del combustible es modulada en un circuito de regulación. Es casi constante e independiente de la carga y de la velocidad de rotación. Las posibles desviaciones del valor teórico se compensan mediante una válvula reguladora de presión.
Sensor de presión "rail" para gasolina Este sensor mide la presión del combustible en el tubo distribuidor (rail) del sistema MED-Motronic de inyección directa de gasolina; la presión, que depende de la carga y de la velocidad de rotación, es de 5 a 12 MPa (50 a 120 bares). La presión medida se utiliza como magnitud real para la regulación de la presión rail. El valor teórico, que depende de la carga y del número de revoluciones, está memorizado en un diagrama característico y se ajusta mediante una válvula de control de la presión en el rail
Sensor de presión del líquido de freno Este sensor de alta presión mide la presión del líquido de freno en el grupo hidráulico de sistemas de seguridad de marcha (p. ej. ESP); la presión es en general de 25 MPa (250 bares). Los valores de presión máximos pmáx pueden subir hasta 35 MPa 350 bares). La medición y la vigilancia de la presión son activados por la unidad de control, que efectúa asimismo la evaluación a partir de una señal retrocesiva.

SENSOR DE FLUJO

SENSOR DE FLUJO TIPO PISTON

El sensor de flujo es un dispositivo que, instalado en línea con una tubería, permite determinar cuándo está circulando un líquido o un gas.

Estos son del tipo apagado/encendido; determinan cuándo está o no circulando un fluido, pero no miden el caudal. Para medir el caudal se

De pistón

Es el más común de los sensores de flujo. Este tipo de sensor de flujo se recomienda cuando se requiere detectar caudales entre 0,5 LPM y 20 LPM.

Consiste en un pistón que cambia de posición, empujado por el flujo circulante. El pistón puede regresar a su posición inicial por gravedad o por medio de un resorte.

El pistón contiene en su interior un imán permanente. Cuando el pistón se mueve el imán se acerca y activa un reed switch, que cierra o abre (según sea la configuración) el circuito eléctrico.

El área entre el pistón y la pared del sensor determina su sensibilidad, y por ende a qué caudal se activará el sensor.

 

DE PALETA (COMPUERTA)

Este modelo es recomendado para medir grandes caudales, de más de 20 LPM.

Su mecanismo consiste en una paleta que se ubica transversalmente al flujo que se pretende detectar. El flujo empuja la paleta que está unida a un eje que atraviesa herméticamente la pared del sensor de flujo y apaga o enciende un interruptor en el exterior del sensor.

Para ajustar la sensibilidad del sensor se recorta el largo de la paleta.

 

Diagrama sensor de flujo tipo paleta

De elevación (tapón)

Este modelo es de uso general. Es muy confiable y se puede ajustar para casi cualquier caudal.

Su mecanismo consiste en un tapón que corta el flujo. Del centro del tapón surge un eje que atraviesa herméticamente la pared del sensor. Ese eje empuja un interruptor ubicado en el exterior del sensor.

Para ajustar la sensibilidad del sensor se perforan orificios en el tapón.

Diagrama sensor de flujo tipo tapón.

SENSOR DE FLUJO TIPO PALETA.

Para determinar el tipo de sensor de flujo se deben tomar en cuenta los siguientes factores:

• Caudal de disparo: se debe seleccionar un sensor más sensible si se requiere detectar flujos muy bajos.
• Pérdida de presión: al colocar cualquier objeto en el paso de un fluido se está reduciendo en alguna medida su presión. La presión de salida siempre va a ser menor a la de entrada, siendo el sensor de tapón el que más reduce la presión y el sensor de paleta el menos intrusivo.
• Impurezas en los fluidos: los sólidos en los fluidos pueden obstruir el sensor de pistón. En cambio, el sensor de paleta es el que menos se ve afectado por los sólidos.
• Tipo de fluido: se debe seleccionar un sensor que esté fabricado con materiales que soporten el tipo de fluido que vamos se va a detectar. La temperatura, presión, acidez y densidad son factores que se deben tomar en cuenta para seleccionar los materiales.

 

SENSORES DE TEMPERATURA

Aquí encontrará diferentes modelos de sensores de temperatura para múltiples aplicaciones. Los sensores de temperatura se usan para medir la temperatura del aire o la temperatura superficial de líquidos y sólidos. Nuestra gama de sensores de temperatura es igual de amplia que las aplicaciones que se le pueden dar. Además de sensores de resistencia (Pt100) encontrara

termoelementos del tipo K (NiCr-Ni). La serie WTR le ofrece para muchas aplicaciones una solución al problema. Además de los sensores estándar para el uso industrial, también tiene a disposición versiones para la industria alimentaria. Estas se distinguen por una conexión de acero inoxidable y por la posibilidad de crear un punto de medida aséptico. La particularidad de los sensores de temperatura del tipo WTR-400 es la construcción compacta. La conexión se realiza a través de una clavija M12. Opcionalmente puede añadir un transductor en la parte inferior de la carcasa, que da una señal de salida de 4-20 mA. Puede pedir adicionalmente tornillos de sujeción y manguitos soldados. Una versión especial es el modelo WTR-270. Los sensores de temperatura de este tipo están pensados como sensores de hincado, y no de instalación fija. Si tiene preguntas técnicas sobre estos sensores de temperatura, póngase en contacto con nosotros al número de teléfono 902 044 604 en España o al +56 2 562 0400 para Latinoamérica. Nuestros técnicos le asesorarán con mucho gusto sobre este tema, así como de otros instrumentos del sector de medidores y balanzas.

Encontrará las fichas técnicas de nuestros sensores de temperatura si sigue uno de los siguientes enlaces:

- Sensores de temperatura WTR 110 (sensores de temperatura Pt100 de 3 hilos, DIN 43763, varilla de acero inoxidable)

- Sensores de temperatura WTR 120 (sensores Pt100, clase A, sin cuello, armadura protectora de acero inoxidable)

- Sensores de temperatura WTR 130 (resistencia estándar, armadura protectora de acero inoxidable 1.4571, diámetro 6x1 mm)

- Sensores de temperatura WTR 140 (resistencia para la industria alimentaria, acero inoxidable, construcción robusta)

- Sensores de temperatura WTR 150 (Pt100 modulares para la industria alimentaria con adaptadores de tornillos y manguitos)

- Sensores de temperatura WTR 190 (ambiente Pt100, armadura protectora de 1.4571 (V4A), longitud de 50 50 50 mm)

- Sensores de temperatura WTR 270 (de hincado Pt100 para la industria cárnica, diámetros de 3 y 5 mm, mango de teflón)

- Sensores de temperatura WTR 280 (Pt100 sencillo como guía de cable, acero inoxidable, 3 hilos, clase A, económico)

- Sensores de temperatura WTR 290 (Pt100 para conductos, para mediciones en tuberías o recipientes, clase de precisión A)

- Sensores de temperatura WTR 320 (resistencia estándar con conexión de acero inoxidable, armadura protectora de acero inoxidable 1.4571)

- Sensores de temperatura WTR 330 (diámetro 6x1 mm, conexión con tornillo de sujeción, palpador fijo)

- Sensores de temperatura WTR 350 (de resistencia para la industria alimentaria con adaptadores de procesos y manguitos, clase A Pt100)

- Sensores de temperatura WTR 390 (de resistencia Pt100 en la parte frontal, armadura protectora de 1.4404 y PEEK, hasta 200 °C)

- Sensores de temperatura WTR 420 (con clavija M12, armadura protectora de acero inoxidable 1.4404, diámetro 6 mm, rosca de conexión G1/2")

- Sensores de temperatura WTR 430 (tubo protector liso, tornillo de sujeción para adaptar, palpador fijo, Pt100 clase A)

- Sensores de temperatura WTR 450 (armadura protectora lisa de 1.4404, palpador fijo, manguitos soldados, rango de medición -50 ºC ... +150 ºC)

- Sensores de temperatura: termoelemento (termoelementos tipo K para diferentes campos de aplicación)

- Medidores de temperatura para uso móvil (equipos para medir la temperatura, desde un termómetro hasta una cámara térmica)

 


UNIDAD III   

ACTUADORES FINALES DE CONTROL.

• Característica del actuador según las variables que controla Elementos finales de control: son aquellos instrumentos que actúan en forma directa sobre la variable, ejerciendo paso a paso las órdenes del controlador que van dirigidos hacia la variable.
• 3. 1) Válvulas de control La función de toda válvula es regular el paso de caudal mediante la variación del área de un orificio . Una válvula de control es aquella que pertenece a un lazo cerrado de control, como elemento final del proceso . Toda válvula debe estar diseñada para resistir ciertos efectos de temperatura ocasionada por la fricción y, principalmente, para las características de presión de fluidos, deben estar regidas por las normas DIN y ANSI. Para empalmar con las tuberías deben poseer roscas, bridas machihembras, soldadura con encaje y tapa.
• 4. En su interior contienen un obturador que es un instrumento que se desliza, ya sea en dirección de su propio eje o en forma rotativa y que es accionado por un vástago que es accionado por un servomotor . La relación presión-caudal en el servomotor neumático es inversamente proporcional.
• 5. Tapa de la válvula: une el cuerpo al servomotor, por ésta se desliza el vástago accionado por el motor, el vástago tiene un índice que indica la escala. Las empaquetaduras dependen de las características de presión y temperatura. Partes internas: son todas las que tienen que ver con el obturador y sus asiento, es decir vástago y sus anillos. Características de caudal efectivas: el comportamiento del caudal viene dado por: Donde: Q v es el caudal, k es una constante, A es el área de paso y  p es la variación de la presión.
  • 6. Servomotores: proporcionan la fuerza y el movimiento del obturador. Puede ejercer tres tipos de control: on-off, flotante y proporcional.
  • 7. 2) Tipos de actuadores Las válvulas se dividen según el diseño del cuerpo y de su obturador, las hay de desplazamiento lineal y circular, según el desplazamiento del obturador. Movimiento lineal Válvula de globo: es de simple asiento, es decir, presión de fluido baja. Son de gran tamaño.
  • 8. Válvula de compuerta: se mueve verticalmente, su utilización es para el control on-off, ya que en posiciones intermedias tiende a bloquearse.
  • 9. Válvula en y: está diseñada para cierre y control, es de control on-off especialmente para trabajar con bajas temperaturas.
  • 10. Movimiento circular Válvula de obturador excéntrico positivo: consiste en un movimiento rotativo de 50º unido a uno o dos brazos flexibles. Es adecuada para elementos viscosos. Válvula de mariposa: maneja el control de grandes caudales a baja presión. En 90º está totalmente abierta.
  • 11. Válvula de bola: sirve para fluidos negros o con sólidos en supresión. Existe la de bola macho que se utiliza para líquidos o gases y su regulación de caudal.
  • 12. 3) Formas de operar un elemento actuador Cuando se opera un actuador se deben producir cambios , en la posición y las características del actuador, que tengan como resultado un cambio de la variable controlada del proceso en cuestión. Si el lazo de control está en modo automático, el actuador está siendo operado en forma automátizada, está respondiendo a los cambios solicitados por el controlador del lazo. Si este controlador se saca del modo Auto dejándolo en Manual, se pueden realizar cambios en la salida de control, a lo que reaccionará en forma inmediata el actuador, actuando sobre la variable controlada.
  • 13. También se puede operar directamente el elemento actuador, ajustando parámetros o posiciones con elementos mecánicos, de los cuales esté dotado, por ejemplo, volantes, palancas, motores eléctricos, hidráulicos y neumáticos
  
  

ACTUADORES NEUMATICOS

A los mecanismos que convierten la energía del aire comprimido en trabajo mecánico se les denomina actuadores neumáticos. Aunque en esencia son idénticos a los actuadores hidráulicos, el rango de compresión es mayor en este caso, además de que hay una pequeña diferencia en cuanto al uso y en lo que se refiere a la estructura, debido a que estos tienen poca viscosidad.

En esta clasificación aparecen los fuelles y diafragmas, que utilizan aire comprimido y también los músculos artificiales de hule, que últimamente han recibido mucha atención.

• De Efecto simple
  Cilindro Neumático
  Actuador Neumático De efecto Doble
  Con engranaje
  Motor Neumático Con Veleta
  Con pistón
  Con una veleta a la vez
  Multiveleta
  Motor Rotatorio Con pistón
  De ranura Vertical
  De émbolo
  Fuelles, Diafragma y músculo artificial
  Cilindro de Simple Efecto
  
   
  Cremallera
  Transforman un movimiento lineal en un movimiento rotacional y no superan los 360°
  
   
  Rotativos de Paletas
  Son elemento motrices destinados a proporcionar un giro limitado en un eje de salida. La presión del aire actúa directamente sobre una o dos palas imprimiendo un movimiento de giro. Estos no superan los 270° y los de paleta doble no superan los 90° La estructura de un actuador eléctrico es simple en comparación con la de los actuadores hidráulicos y neumáticos, ya que sólo requieren de energía eléctrica como fuente de poder. Como se utilizan cables eléctricos para transmitir electricidad y las señales, es altamente versátil y prácticamente no hay restricciones respecto a la distancia entre la fuente de poder y el actuador. Existe una gran cantidad de modelos y es fácil utilizarlos con motores eléctricos estandarizados según la aplicación. En la mayoría de los casos es necesario utilizar reductores, debido a que los motores son de operación continua. Utilización de un pistón eléctrico para el accionamiento de una válvula pequeña. La forma más sencilla para el accionamiento con un pistón, seria la instalación de una palanca solidaria a una bisagra adherida a una superficie paralela al eje del pistón de accionamiento y a las entradas roscadas. Existen Alambres Musculares®, los cuales permiten realizar movimientos silenciosos sin motores. Es la tecnología más innovadora para robótica y automática, como así también para la implementación de pequeños actuadores. 

PARTES DE UN ACTUADOR

 Sistema de "llave de seguridad": Este método de llave de seguridad para la retención de las tapas del actuador, usa una cinta cilíndrica flexible de acero inoxidable en una ranura de deslizamiento labrada a máquina. Esto elimina la concentración de esfuerzos causados por cargas centradas en los tornillos de las tapas y helicoils. Las llaves de seguridad incrementan de gran forma la fuerza del ensamblado del actuador y proveen un cierre de seguridad contra desacoplamientos peligrosos.

1. Piñón con ranura: Esta ranura en la parte superior del piñón provee una transmisión autocentrante, directa para indicadores de posición e interruptores de posición, eliminando el uso de bridas de acoplamiento. (Bajo la norma Namur).
2. Cojinetes de empalme: Estos cojinetes de empalme barrenados y enroscados sirven para simplificar el acoplamiento de accesorios a montar en la parte superior. (Bajo normas ISO 5211 Y VDI).
3. Pase de aire grande: Los conductos internos para el pasaje de aire extra grandes permiten una operación rápida y evita el bloqueo de los mismos.
4. Muñoneras: Una muñonera de nuevo diseño y de máxima duración, permanentemente lubricada, resistente a la corrosión y de fácil reemplazo, extiende la vida del actuador en las aplicaciones más severas.
5. Construcción: Se debe proveer fuerza máxima contra abolladuras, choques y fatiga. Su piñón y cremallera debe ser de gran calibre, debe ser labrado con maquinaria de alta precisión, y elimina el juego para poder obtener posiciones precisas.
6. Ceramigard: Superficie fuerte, resistente a la corrosión, parecida a cerámica. Protege todas las partes del actuador contra desgaste y corrosión.
7. Revestimiento: Un revestimiento doble, para proveer extra protección contra ambientes agresivos.
8. Acople: Acople o desacople de módulos de reposición por resorte, o de seguridad en caso de falla de presión de aire.
9. Tornillos de ajuste de carrera: Provee ajustes para la rotación del piñón en ambas direcciones de viaje; lo que es esencial para toda válvula de cuarto de vuelta.
10. Muñoneras radiales y de carga del piñón: Muñoneras reemplazables que protegen contra cargas verticales. Muñoneras radiales soportan toda carga radial.
11. Sellos del piñón - superior e inferior: Los sellos del piñón están posicionados para minimizar todo hueco posible, para proteger contra la corrosión.
12. Resortes indestructibles de seguridad en caso de falla: Estos resortes son diseñados y fabricados para nunca fallar y posteriormente son protegidos contra la corrosión. Los resortes son clasificados y asignados de forma particular para compensar la pérdida de memoria a la cual esta sujeta todo resorte; para una verdadera confianza en caso de falla en el suministro de aire.

Los actuadores más usuales son:

• Cilindros neumáticos e hidráulicos. Realizan movimientos lineales.
• Motores (actuadores de giro) neumáticos e hidráulicos. Realizan movimientos de giro por medio de energía hidráulica o neumática.
• Válvulas. Las hay de mando directo, motorizadas, electroneumáticas, etc. Se emplean para regular el caudal de gases y líquidos.
• Resistencias calefactoras. Se emplean para calentar.
• Motores eléctricos. Los más usados son de inducción, de continua, sin escobillas y paso a paso.
• Bombas, compresores y ventiladores. Movidos generalmente por motores eléctricos de inducción.

PISTON

Foto de un pistón desde su parte inferior. Se observan los segmentos y los orificios que alojan al eje de la biela Se denomina pistón a uno de los elementos básicos del motor de combustión interna.Los pasadores de pistón están hechos de aluminio. Se trata de un émbolo que se ajusta al interior de las paredes del cilindro mediante aros flexibles llamados segmentos o anillos. Efectúa un movimiento alternativo, obligando al fluido que ocupa el cilindro a modificar su presión y volumen o transformando en movimiento el cambio de presión y volumen del fluido. A través de la articulación de biela y cigüeñal, su movimiento alternativo se transforma en rotativo en este último.

TIPOS DE PISTONES

 

Pistones de aluminio fundido (Sufijos P, NP)                                                                                Uno de los procesos más antiguos y aún vigente, es el de la fundición de lingotes de aluminio egrandes Crisoles (donde se calientan los metales hasta que se funden o pasan de sólido a líquido) que luego se vacían en moldes enfriados por agua bajo sistemas especiales.
Posteriormente, comienza el proceso de mecanizado, efectuado pordiferentes maquinarias controladas por computadoras y por último pasan por una serie de procesos térmicos que les dan las propiedades requeridas por las empresas fabricantes de equipo original Estos mismos pistones de la marca Sealed Power son los que tienen los vehículos que salen de la fabrica y son los mismos ofrecidos en las repuesteras como piezas de reposició

Pistones forjados a presión (Sufijo F)

En éste proceso se utilizan trozos de barras de aleaciones de aluminio cortados a la medida y sometidos a presiones de hasta 3000 toneladas de fuerza, En los troqueles se forja con exactitud las dimensiones del pistón y las ranuras de los anillos con maquinados a precisión para brindar optima calidad y confiabilidad en el uso de estos, tanto en motores De  uso  diario  como  de  trabajos  pesados  e  incluso  en  los motores de autos de competencias (figura 1).


  Pistones Hipereutecticos (Prefijo H) 

 Estos pistones son fabricados con modernos sistemas de la más alta tecnología metalúrgica en la cual se emplean nuevas formulaciones que permiten agregar una mayor cantidad de silicio, lográndose una expansión molecular uniforme de los elementos utilizados en su composición. Esta técnica de manufactura proporciona a éstos pistones características especiales, tales como soportar mayor fuerza, resistencia y control de la dilatación a temperaturas altas, disminuyendo el riesgo de que el pistón se pegue o agarre en el cilindro mayor ya que las ranuras de los anillos y el orificio del pasador del pistón son más duraderas, además se pueden instalar en los nuevos motores e igualmente se usan en motores de años anteriores. Esta particular tecnología de los pistones Sealed Power se impone en especial para las nuevas generacionesde motores de alta compresión. Al usar pistones con prefijo “H” su reparación será confiable.

Pistones con capa de recubrimiento (Sufijo C)

Los primeros minutos de funcionamiento de un motor nuevo o reparado son cruciales para la vida del motor. Los pistones de la marca Sealed Power han estado a la vanguardia de la tecnología del recubrimiento de las faldas del pistón. Inicialmente se utilizó el estaño (éste le da un color opaco figura 3) pero por ser nocivo a la salud ha sido eliminado por los fabricantes de pistones. En sustitución se está aplicando el nuevo recubrimiento anti-fricción compuesto por molibdeno y grafito en las faldas (dándole un color negro).

 UNIDAD V

TÓPICOS DE CONTROL ASISTIDO POR COMPUTADORA



Un Sistema de Control Distribuido o SCD, más conocido por sus siglas en inglés DCS (Distributed Control System), es un sistema de control aplicado a procesos industriales complejos en las grandes industrias como petroquímicas, papeleras, metalúrgicas, centrales de generación, plantas de tratamiento de aguas, incineradoras o la industria farmaceútica. Los primeros DCS datan de 1975 y controlaban procesos de hasta 5000 señales. Las capacidades actuales de un DCS pueden llegar hasta las 250.000 señales

 ? Que es una adquisicion de datos ?

La adquisición de datos (DAQ) es el proceso de medir con una PC un fenómeno eléctrico o físico como voltaje, corriente, temperatura, presión o sonido. Un sistema DAQ consiste de sensores, hardware de medidas DAQ y una PC con software programable. Comparados con los sistemas de medidas tradicionales, los sistemas DAQ basados en PC aprovechan la potencia del procesamiento, la productividad, la visualización y las habilidades de conectividad de las PCs estándares en la industria proporcionando una solución de medidas más potente, flexible y rentable.

Partes de un sistema DAQ

¿Que es un sensor?

La medida de un fenómeno físico, como la temperatura de una habitación, la intensidad de una fuente de luz o la fuerza aplicada a un objeto, comienza con un sensor. Un sensor, también llamado un transductor, convierte un fenómeno físico en una señal eléctrica que se puede medir. Dependiendo del tipo de sensor, su salida eléctrica puede ser un voltaje, corriente, resistencia u otro atributo eléctrico que varía con el tiempo. Algunos sensores pueden requerir componentes adicionales y circuitos para producir correctamente una señal que puede ser leída con precisión y con toda seguridad por un dispositivo DAQ.

Sensores Comunes

Sensor	Fenómeno
Termopar, RTD, Termistor	Temperatura
Fotosensor	Luz
Micrófono	Sonido
Galga Extensiométrica, Transductor Piezoeléctrico	Fuerza y Presión
Potenciómetro, LVDT, Codificador Óptico	Posición y Desplazamiento
Acelerómetro	Aceleración
Electrodo pH	pH

¿ Qué es la Instrumentación Virtual ?

La rápida adopción de la PC en los últimos 20 años generó una revolución en la instrumentación de ensayos, mediciones y automatización. Un importante desarrollo resultante de la ubicuidad de la PC es el concepto de instrumentación

virtual, el cual ofrece variados beneficios a ingenieros y científicos que requieran mayor productividad, precisión y rendimiento.

Un instrumento virtual consiste de una computadora del tipo industrial, o una estación de trabajo, equipada con poderosos programas (software), hardware económico, tales como placas para insertar, y manejadores (drivers) que cumplen,

en conjunto, las funciones de instrumentos tradicionales. Los instrumentos virtuales representan un apartamiento fundamental de los sistemas de instrumentación basados en el hardware a sistemas centrados en el software que aprovechan la potencia de cálculo, productividad, exhibición y capacidad de conexión de las populares computadoras de escritorio y estaciones de trabajo. Aunque la PC y la tecnología de circuitos integrados han experimentado avances significativos en las últimas dos décadas, es el software el que realmente provee la ventaja para construir sobre esta potente

base de hardware para crear los instrumentos virtuales, proveyendo mejores maneras de innovar y de reducir los costos

significativamente. Con los instrumentos virtuales, los ingenieros y científicos construyen sistemas de medición y automatización que se ajustan exactamente a sus necesidades (definidos por el usuario) en lugar de estar limitados por los

instrumentos tradicionales de funciones fijas (definidos por el fabricante).

Este documento describe poderosas herramientas de programación, hardware de adquisición de datos flexible y la

computadora personal, los cuales son los componentes esenciales de la instrumentación virtual. La sinergia entre ellos

ofrece ventajes que no pueden ser igualadas por la instrumentación tradicional.