Instrumentación industrial / Antonio Creus Sole.

CONTENIDO
1. Generalidades 1
Introducción 1
Definiciones en control 2
Campo de medida (range) 3
Alcance (span) 3
Error 4
Precisión (accuracy) 5
Zona muerta (dead zone o dead band) 6
Sensibilidad (sensitivity) 6
Repetibilidad (repeatibility) 6
Histéresis (hysteresis) 6
Otros términos 6
Clases de instrumentos 8
En función del instrumento 9
En función de la variable de proceso 17
Código de identificación de instrumentos 18
2. Transmisores 47
Generalidades 47
Transmisores neumáticos 49
Bloque amplificador de una y dos etapas 49
Transmisor de equilibrio de movimientos 55
Transmisor de equilibrio de fuerzas 56
Transmisor de equilibrio de momentos 56
Transmisores electrónicos 56
Transmisores electrónicos de equilibrio de fuerzas 56
Detector de posición de inductancia 58
Transformador diferencial 58
Transmisor inteligente 58
Análisis dinámico de los transmisores 62
Elementos fundamentales 62
Diagrama de bloques, diagrama de Bode y función de transferencia de un transmisor 65
Transmisor neumático 65
Transmisor electrónico 71
Velocidad de respuesta de los transmisores 72
Transmisores neumáticos 72
Transmisores electrónicos o digitales 75
3. Medidas de presión 76
Unidades y clases de presión 76
Elementos mecánicos 78
Elementos neumáticos 80
Elementos electromecánicos 81
Transmisores electrónicos de equilibrio de fuerzas 81
Transductores resistivos 83
Transductores magnéticos 84
Transductores capacitivos 85
Galgas extenso métricas (strain gage) 86
Transductores piezoeléctricos 88
Elementos electrónicos de vacío 89
Transductores mecánicos de fuelle y de diafragma 89
Medidor McLeod 89
Transductores térmicos 91
Transductores de ionización 92
4. Medidas de caudal 95
Medidores volumétricos 96
Instrumentos de presión diferencial 96
Fórmula general 96
Elementos de presión diferencial 109
Resumen de las normas ISO 5167-1980 111
Tubo Pitot 132
TuboAnnubar 133
Transmisores de fuelle y de diafragma 134
Integradores 138
Área variable (rotámetros) 141
Velocidad 151
Vertederos y Venturi 151
Turbinas 154
Transductores ultrasónicos 156
Fuerza (medidor de placa) 157
Tensión inducida (medidor magnético) 158
Medidor magnético de caudal 158
Desplazamiento positivo 176
Medidor de disco oscilante 176
Medidor de pistón oscilante 177
Medidor de pistón alternativo 178
Medidor rotativo 178
Accesorios 180
Torbellino 182
Medidores de caudal masa 183
Compensación de variaciones de densidad del fluido en medidores volumétricos 183
Medición directa del caudal-masa 192
Medidores térmicos de caudal 192
Medidores de momento angular 194
Medidor giroscópico 195
Medidor de Coriolis 196
Medidor de presión diferencial 197
Comparación de características de los medidores de caudal 199
5. Medición de nivel 200
Medidores de nivel de líquidos 200
Instrumentos de medida directa 201
Instrumentos basados en la presión hidrostática. Medidor manométrico. Membrana. Burbujeo. Presión diferencial 204
Instrumento basado en el desplazamiento 212
Instrumentos basados en características eléctricas del líquido 214
Medidores de nivel de sólidos 221
Detectores de nivel de punto fijo 221
Detectores de nivel continuos 225
6. Medida de temperatura 231
Introducción 231
Termómetro de vidrio 232
Termómetro bimetálico 233
Termómetro de bulbo y capilar 233
Termómetros de resistencia 235
Termistores 244
Termopares 245
Leyes, curvas y tablas características, tubos de protección y su selección 245
Circuito galvanométrico 274
Circuito potenciométrico 278
Comparación entre circuitos galvanométricos y potenciométricos 283
Verificación de un instrumento y de un termopar 284
Pirómetros de radiación 285
Pirómetros ópticos 286
Pirómetros de radiación total 288
Velocidad de respuesta de los instrumentos de temperatura 304
Tabla comparativa de características 308
7. Otras variables 309
Variables físicas 309
Peso 309
Velocidad 313
Tacómetros mecánicos 314
Tacómetros eléctricos 315
Densidad y peso específico 317
Introducción 317
Areómetros 318
Métodos de presión diferencial 319
Método de desplazamiento 322
Refractómetro 322
Método de radiación 323
Método de punto de ebullición 324
Medidor de ultrasonidos 325
Medidores inerciales 326
Medidores de balanza 328
Humedad y punto de rocío 330
Humedad en aire y gases 330
Humedad en sólidos 333
Punto de rocío 335
Viscosidad y consistencia 340
Introducción 340
Viscosímetros 343
Medidores de consistencia 343
Tabla comparativa 345
Llama 346
Detector de calor 346
Detectores de ionización-rectificación 346
Detectores de radiación 347
Tabla comparativa de detectores 350
Programadores 350 Oxígeno disuelto 351
Turbidez 353
Intensidad de radiación solar 354
Variables químicas 354
Conductividad 354
pH 358
Redox (potencial de oxidación-reducción) 363
Concentración de gases 364
Conductividad térmica 364
Paramagnetismo del oxígeno 367
Analizador de infrarrojos 367
8. Elementos finales de control 370
Válvulas de control 370
Generalidades 370
Tipos de válvulas 371
Válvula de globo 371
Válvula en ángulo 371
Válvula de tres vías 373
Válvula de jaula 373
Válvula de compuerta 373
Válvula en Y 373
Válvula de cuerpo partido 373
Válvula Saunders 373
Válvula de compresión 374
Válvula de obturador excéntrico rotativo 374
Válvula de obturador cilíndrico excéntrico 374
Válvula de mariposa 374
Válvula de bola 375
Válvula de orificio ajustable 375
Válvula de flujo axial 375
Cuerpo de la válvula 376
Tapa de la válvula 378
Partes internas de la válvula. Obturador y asientos 382
Generalidades 382
Materiales 383
Características de caudal inherente 384
Características de caudal efectivas 387
Selección de la característica de la válvula 390
Corrosión y erosión en las válvulas. Materiales 396
Servomotores 403
Servomotor neumático 404
Servomotor eléctrico 417
Tipos de acciones en las válvulas de control 420
Accesorios 422
Camisa de calefacción 422
Posicionador 422
Volante de accionamiento manual 427
Repetidor 427
Transmisores de posición y microrruptores de final de carrera 428
Válvula de solenoide de tres vías 429
Válvula de enclavamiento 430
Dimensionamiento de la válvula. Coeficientes K y C 430
Definiciones 430
Fórmula general 431
Líquidos 440
Gases 450
Vapores 457
Régimen bifásico 460
Resumen de cálculo de coeficientes de válvulas 463
Ruido en las válvulas de control 466
Generalidades 466
Causas del ruido en las válvulas 468
Reducción del ruido 470
Elementos finales electrónicos 478
Amplificador magnético saturable 478
Rectificadores controlados de silicio 479
Otros elementos finales de control 484
9. Regulación automática 485
Introducción 485
Características del proceso 485
Sistemas de control neumáticos y eléctricos 491
Control todo-nada 491
Control flotante 492
Control proporcional de tiempo variable 493
Control proporcional 494
Control proporcional mas integral 498
Control proporcional mas derivado 503
Control proporcional mas integral mas derivado 507
Cambio automático-manual-automático 511
Tendencias en los instrumentos neumáticos 513
Sistemas de control electrónicos y digitales 514
Generalidades 514
Control todo-nada 515
Control proporcional de tiempo variable 516
Control proporcional 517
Control integral 520
Control derivativo 521
Control proporcional mas integral mas derivativo 523
Cambio automático-manual-automático 523
Controladores digitales 523
Selección del sistema de control 527
Criterios de estabilidad en el control 528
Métodos de ajuste de controladores 530
Análisis dinámico de los controladores 538
Introducción 538
Acción proporcional 539
Acción proporcional mas integral 543
Acción proporcional mas derivada 547
Acción proporcional mas integral mas derivada 556
Ensayo de controladores 563
Iniciación a la optimización de procesos 564
Generalidades 564
Análisis experimental del proceso 565
Estabilidad 567
Otros tipos de control 586
Generalidades 586
Control en cascada 586
Programadores 590
Control de relación 595
Control anticipativo 596
Control de gama partida 600
Control selectivo 601
Control de procesos discontinuos 602
Controladores no lineales 604
Instrumentos auxiliares 605
Seguridad intrínseca 607
Introducción 607
Nivel de energía de seguridad 608
Mecanismos de la ignición en circuitos de baja tensión 609
Clasificaciones de áreas peligrosas 611
Normas 612
Barreras zener 613
Factores de seguridad 615
Control por computador 615
Generalidades 615
Control DDC 617
Control supervisor 621
Control distribuido 622
Sistemas de control avanzado 627
Sistemas expertos 632
Evolución de la instrumentación 636
10. Calibración de los instrumentos 649
Introducción 649
Errores de los instrumentos. Procedimiento general de calibración 650
Calibración de instrumentos de presión, nivel y caudal 658
Calibración de instrumentos de temperatura 662
Comprobación de válvulas de control 666
Aparatos electrónicos de comprobación 666
11. Aplicaciones en la industria. Esquemas típicos de control 669
Generalidades 669
Calderas de vapor 669
Control de combustión 670
Control de nivel 673
Seguridad de llama 676
Secaderos y evaporadores 676
Horno túnel 679
Columnas de destilación 681
Intercambiadores de calor 682
Control del reactor en una central nuclear 685
Apéndice. Análisis dinámico de los instrumentos 689
Referencias 703
Glosario 710