Elementos Primarios de medición

1.Explique que es un diagrama de bloques
Diagrama de bloques Es la forma más sencilla de representar a los lazos de control; el diagrama de bloques está formado por figuras geométricas, generalmente cuadros o rectángulos conectados por medio de flechas, las cuales indican la forma en que se interrelaciona un elemento del lazo de control con otro.

2.Explique que es un lazo de control, cuantos lazos de control hay, y de que elementos constan.
Un sistema de control está definido como un conjunto de componentes que pueden regular su propia conducta o la de otro sistema con el fin de lograr un funcionamiento predeterminado.

Podemos definirlos como el conjunto de instrumentos que interconectados pueden medir y controlar una variable de proceso. Cada uno de estos lazos de control internamente recibe y crea disturbios hacia otros lazos de control con los que interactúa y que determinantemente afectan a la variable de proceso.

En general los lazos de control se dividen en dos tipos:

a)Lazos de control abierto
b)Lazos de control cerrado

Las partes fundamentales de este tipo de lazos abiertos son:

a)Elemento primario
b)Transmisor (también llamado elemento secundario)
c)Receptor (indicador, alarma, registrador, etc.)
d)Operador
e)Elemento final de control
f)Proceso

Las partes fundamentales de este tipo de lazos cerrados son:

a)Elemento primario
b)Transmisor (también llamado elemento secundario)
c)Controlador
d)Elemento final de control
e)Proceso

3.Mencione la función que realizan los elementos de medición de un lazo de control en un diagrama de bloques.
Los elementos de medición son considerados la base primordial para el control automático de los procesos u operaciones.
ELEMENTOS PRIMARIOS.
Los elementos de medición de acuerdo con su posición en el diagrama de bloques son los primeros en detectar o modificar a la variable de proceso y por eso son conocidos también como "elementos primarios de medición.

Al decir que detectan o modifican a la variable de proceso, nos referimos a que son los primeros que utilizan o transforman la energía del medio que se está controlando, para producir un efecto que depende (es función) de la variable controlada.
ELEMENTOS SECUNDARIOS.
Los elementos secundarios de medición se encargan de recibir la señal proveniente de los elementos primarios y en muchos casos las transforman para transmitirla como una señal eléctrica, neumática, hidráulica etc., dependiendo del tipo de instrumento que se este usando, por lo tanto a estos elementos se les conoce como "elementos secundarios de medición y transmisión o transmisores". La señal transmitida por estos elementos es enviada en forma tal que pueda ser perfectamente interpretada por el instrumento receptor el cual puede ser, un indicador, registrador o un controlador. Esta señal puede ser transmitida en forma simultánea a varios receptores.

4.Mencione por lo menos 5 fuentes que genere una problemática a la hora de medir.
Descalibración de los transmisores
Conexión inadecuada de sus conductores
Interferencias por ruido
Mala selección del calibre de los conductores
Tiempos de respuesta muy largos

5.Diga cuales son los tres errores que se presentan en un proceso.

vError en la medición.- En la medición de cualquier variable el propósito esencial es asignar un valor consistente de una apropiada unidad de ingeniería y un número asociado el cual expresará la magnitud de la cantidad física a ser medida por ejemplo en la medición de la temperatura, la unidad que se escoge puede ser °F y el número asociado puede ser el 110; esto es 110 °F. La desviación entre el valor establecido y el valor real de la cantidad constituye el error de la medición, por lo tanto el verdadero valor de una cantidad física medida no puede ser establecido con exactitud.

vError en la transmisión.- Estos se deben principalmente a la interferencia electromagnética, y al ruido sobre las señales de control.

vError de Interpretación de Valores.- Es provocada por una mala ubicación del operador con respecto al instrumento, este tipo de error también es conocido como error de paralelaje. La posición correcta para efectuar la lectura debe ser perpendicular a la escala del instrumento.

6.Explique que es una señal analógica y una señal digital.
Se dice que una señal es analógica cuando las magnitudes de la misma se representan mediante variables continuas, análogas (Relación de semejanza entre cosas distintas.) a las magnitudes que dan lugar a la generación de esta señal.

Una señal digital corresponde a magnitudes físicas limitadas a tomar sólo unos determinados valores discretos. Por ejemplo: 0 (señal de resistencia eléctrica, muy pequeña), ó 1(señal de resistencia eléctrica, muy grande). Las computadoras digitales utilizan la lógica de dos estados: la corriente pasa o no pasa por los componentes electrónicos de la computadora.

7.Mencione la norma para designar y representar los instrumentos de medición y control en base a una simbología.

ISA-S5.1

8.Escriba los valores numéricos para indicar una alimentación y señal de un sistema neumático y eléctrico.
las señales estándar pueden ser neumáticas cuyos valores están entre 3 y 15 Psi, las electrónicas que son de 4 a 20 mA o de 0 a 5 voltios Dc

9.Explique los siguientes conceptos: error, exactitud, histéresis, precisión y rangeabilidad.
ERROR: Se lo define como la diferencia entre el valor medido y el valor verdadero.
El error tiene en general variadas causas.
Las que se pueden de alguna manera prever, calcular, eliminar mediante calibraciones y compensaciones, se denominan determinísticos o Sistemáticos.
Los que no se puede prever, pues dependen de causas desconocidas, o estocásticas se denominan aleatorios.
Exactitud. Es la diferencia algebraica entre el valor leído o transmitido por el instrumento y el valor real de la variable medida". Al definir la exactitud de esta manera, se acostumbra suponer un error despreciable en la lectura del indicador y un error despreciable también en la determinación del "valor real o verdadero, se expresa en tanto por ciento.
Histéresis.- Es la diferencia máxima que se observa en los valores indicados por el índice o la pluma del instrumento para el mismo valor cualquiera del campo de medida, cuando la variable recorre toda la escala en los dos sentidos, ascendente y descendente, se expresa en tanto por ciento del alcance de la medida, por ejemplo: Si en el instrumento la histéresis es del ± 0.3% su valor será de ± 0.3% de 200 °C entonces será ± 0.6 °C.
PRECISIÓN: Cuanto mayor es la precisión menor es la dispersión de los valores de la medición alrededor del valor medido.
Podría suceder que ese valor no fuese exacto pero la dispersión ser chica, en ese caso el instrumento es preciso pero no exacto.
La precisión está asociada a estadísticas como la varianza y el desvío standard.
En la técnica se suele exigir que los valores de variables importantes para la calidad del producto se mantengan dentro de un campo dado por tres desvíos standard en mas o en menos del valor especificado, y estos desvíos deben ser pequeños para tener buena precisión.
RANGEABILIDAD.- Es el cociente entre el valor máximo y mínimo de un instrumento

10.Mencione los criterios a seguir en la selección de los elementos primarios de medición.
Hay varios factores que se deben tomar en cuenta cuando se van a elegir instrumentos indicadores y de registro, estos factores son:
vExactitud,
vRepetibilidad,
vConfiabilidad,
vFacilidad de lectura,
vResolución,
vVelocidad de respuesta,
vParalaje y
vCosto.

11.Defina que es presión absoluta, atmosférica y manométrica.
PRESIÓN ABSOLUTA Es la presión de un fluido medido con referencia al vacío perfecto o cero absoluto.
PRESIÓN MANOMÉTRICA Son normalmente las presiones superiores a la atmosférica, que se mide por medio de un elemento que define la diferencia entre la presión que es desconocida y la presión atmosférica que existe
PRESIÓN ATMOSFÉRICA El hecho de estar rodeados por una masa gaseosa (aire), y al tener este aire un peso actuando sobre la tierra, quiere decir que estamos sometidos a una presión (atmosférica), la presión ejercida por la atmósfera de la tierra.

12.Escriba los diferentes manómetros que hay.
M. de IonizaciónM. de Termopar M. de ResistenciaM. Mc. ClauM. de Campana InvertidaM. de Fuelle AbiertoM. de CápsulaM. de Campana de MercurioM. "U"M. de Fuelle CerradoM. de EspiralM. de Bourdon tipo "C"M. Medidor de esfuerzos (stren geigs)M. Helicoidal
13.Mencione las partes principales de los manómetros.

14. ¿Cuáles son los diferentes tipos de protección para los manómetros?
MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
MÁXIMA PRESIÓN DE OPERACIÓN es recomendable que la presión de operación no exceda el 75% del rango total para las presiones sostenidas y el 65% del rango total para presiones fluctuantes.
TEMPERATURA
PULSACIÓN, GOLPES DE ARIETE, VIBRACIÓN
VIBRACIÓN MECÁNICA

15.Mencione los criterios para seleccionar el líquido adecuado para los manómetros.
Selección del líquido correcto
El líquido para el llenado de los manómetros debe ser acorde con la aplicación del mismo. La glicerina químicamente pura permite el mejor funcionamiento en la mayoría de las aplicaciones:
vNo use glicerina en ninguna aplicación que incluya agentes altamente oxidantes, como cloro, ácido nítrico, peróxido de hidrógeno, etc. La combinación con estos agentes puede causar explosión.
vSi las bajas temperaturas son problema, utilice manómetros llenos de aceite de silicón, que en temperaturas de hasta -60 grados centígrados tiene baja viscosidad.
vPara el uso de contactos eléctricos y condiciones severas (vibraciones, subidas bruscas de presión) utilice aceite dieléctrico aislante.
vEn fluctuaciones graves de temperatura utilice aceite silicón.

16.¿Qué se necesita para elaborar una hoja de especificación?

La especificación de la instrumentación es función del proceso y del grado de automatización requerido en el proyecto, para elaborar las Hojas de Especificación de Instrumentos se debe contar con la siguiente información:

* Diagrama de flujo de proceso.
* Balance de materia y energía (con propiedades fisicoquímicas de cada una de las corrientes).
* Información complementaria.
* Hojas de datos de los equipos de proceso.
* Diagrama de tubería e instrumentación.
* Catálogos técnicos de los instrumentos.
* Bases de diseño para la instrumentación y del sistema de control.
* Formatos de las hojas de especificaciones de instrumentos.

17.¿Para qué sirve un típico de instalación?
18. Diga que entiende por compensación, factor de seguridad y rango.

19. Explique cuál es la diferencia entre calor y temperatura.

20. ¿Qué es un termómetro bimetálico?
Este termómetro consiste en una cinta hecha de dos metales de coeficientes de dilatación térmica muy diferente, tales como el Invar y el latón, soldados cara con cara en toda su longitud. La cinta puede ser casi recta o puede formar una espiral para conseguir mayor sensibilidad. Una elevación de temperatura cambia la curvatura de la cinta, puesto que el latón aumenta más rápidamente en longitud que el Invar. Si uno de los extremos es fijo, un indicador unido al extremo libre se mueve sobre una escala graduada en temperaturas o una pluma se mueve sobre una tarjeta movible para registrar la temperatura
21. Explique que es un termopar y haga un dibujo representándolo.
Básicamente un termopar, tal como se ha visto, consiste de dos metales diferentes como por ejemplo, alambres de Cromel y Alumel (una mezcla de ciertos metales) de tal forma unidos que producen una fuerza electromotriz térmica cuando las juntas se encuentran a diferentes temperaturas. La Junta de Medición o Junta caliente es el extremo insertado en el medio en donde se va a medir la temperatura. La Junta de Referencia o Junta Fría, es el extremo abierto que normalmente se conecta a las terminales del instrumento de medición.

22. Mencione que es el Efecto Peltier y el Efecto Thomson.
Efecto Peltier: Cuando una corriente eléctrica es pasada a través de dos metales diferentes, en un sentido el calor es absorbido y la unión enfriada y en sentido opuesto el calor es liberado y la unión calentada. Este efecto es reversible, es decir, si la unión se calienta o se enfría, se genera una f.e.m en uno u otro sentido.
Efecto Thomson: En un metal homogéneo, se absorbe calor cuando una corriente eléctrica fluye en un sentido y se libera cuando fluye en sentido contrario. Este efecto es reversible, de modo que se genera una fuerza electromotriz en cierto sentido si hay diferencia de temperatura en los extremos de un metal homogéneo.

23. Para que un termopar funcione correctamente, deben cumplirse tres leyes cuales son:
Ley de los Circuitos Homogéneos: Una corriente eléctrica no puede ser generada en un circuito formado por un solo metal homogéneo, aunque cambie su sección por la sola aplicación de calor.
Ley de los Metales Intermedios: Si en un circuito formado por varios conductores, la temperatura es uniforme desde la unión del primer conductor hasta el ultimo, la suma algebraica de todas las fuerzas electromotrices es totalmente independiente de los conductores metálicos intermedios y es la misma que si se pusieran en contacto directo la primera y la ultima unión.
Ley de las Temperaturas Intermedias: La fuerza electromotriz generada por un termopar con sus uniones a las temperaturas T1 y T3, es la suma algebraica de la f.e.m. del termopar con sus uniones a T1 y T2, más la f.e.m. del mismo termopar con sus uniones a T2 y T3.

24. Escriba las partes principales de un termopar.

25. Diga cuál es la función de un termopozo.
Receptáculo de material térmico conductivo que sirve para aislar el termómetro del medio de medición, ya sea líquido, gas ó mezcla. Generalmente se utiliza como protección al termómetro en la medición de sustancias agresivas. Es muy importante que el termopar no toque la pared del termopozo.

26. Cuáles son los tipos de termopares y rangos de utilización
Tipo T: (Cobre-Constantano): Se utiliza por lo general a baja temperatura, puede soportar una atmósfera con un elevado contenido de humedad, tiene la ventaja de no oxidarse y su precisión es mayor que la de otros termopares, es un termopar adecuado para mediciones en el rango entre -200 °C y 300 °C. El cobre a la temperatura de 400 °C comienza a oxidarse, por este motivo es preferible no pasar de esta temperatura. El conductor positivo está hecho de cobre y el negativo de constantán, la fem que da a 400 °C es de 20 mV referido a 0 °C.

Tipo J (Hierro / Constantán): Son ideales para usar en viejos equipos que no aceptan el uso de termopares más modernos. El tipo J no puede usarse a temperaturas superiores a 760 ºC ya que una abrupta transformación magnética causa una descalibración permanente. Tienen un rango de -40ºC a +750ºC. da buenos resultados hasta los 500 °C a cuya temperatura comienza la oxidación del alambre de hierro, mientras que es solamente a los 600 °C, cuando comienza la oxidación del alambre de constantano. Debido a los riesgos de oxidación debe emplearse sólo en atmósfera seca, resiste bien en atmósfera reductora y se destruye en atmósfera oxidante. En este termopar, el alambre de hierro es positivo, mientras que el de constantano es negativo (rojo) la fem que da a 600 °C es de 33.66 mV referido a 0 °C.

Tipo K (Cromo (Ni-Cr) Chromel / Aluminio (aleación de Ni-Al) Alumel): Es el termopar más estable y exacto, después del de platino radio-platino. Puede utilizarse hasta una temperatura de 900 °C, con una amplia variedad de aplicaciones, trabaja mejor en atmósfera oxidante que en atmósfera reductora. está disponible a un bajo costo y en una variedad de sondas. Tienen un rango de temperatura de -200 ºC a +1.200 ºC En este termopar, el alambre de níquel cromo es el positivo, mientras que el de níquel es el negativo (rojo). La fem que da a 900 °C es de 37.32 mV, referido a 0 °C.

Tipo E (Cromo / Constantán (aleación de Cu-Ni)): Tiene las mismas características y comportamiento que el tipo K. No son magnéticos y gracias a su sensibilidad, son ideales para el uso en bajas temperaturas, en el ámbito criogénico. El alambre de cromel es el positivo, mientras que el de alumel es el negativo (rojo). La fem que da a 900 °C es de 37.36 mV, referido a 0 °C.

Tipo N (Nicrosil (Ni-Cr-Si/ Nisil (Ni-Si)): Es adecuado para mediciones de alta temperatura gracias a su elevada estabilidad y resistencia a la oxidación de altas temperaturas, y no necesita del platino utilizado en los tipos B, R y S que son más caros.
Por otro lado, los termopares tipo B, R y S son los más estables, pero debido a su baja sensibilidad (10 µV/°C aprox.) generalmente son usados para medir altas temperaturas (superiores a 300 ºC).
Tipo R (Platino (Pt)-Rodio (Rh)): Es el de 87% platino y 13% rodio que se construye normalmente en los Estados Unidos, tiene una mayor extensión de medida, hasta 1500 °C.. Su baja sensibilidad (10 µV/°C) y su elevado costo quitan su atractivo. Da una fem de 14.58 mV a 1.300 °C, en la calidad de 87% platino 13% rodio referido a 0 °C.

Tipo S (platino/ rodio): Este tipo de termopar tiene una calidad de 90% platino y 10% radio, ideales para mediciones de altas temperaturas hasta los 1,300 ºC, esta normalizado en Alemania, pero su baja sensibilidad (10 µV/°C) y su elevado precio lo convierten en un instrumento no adecuado para el uso general. Debido a su elevada estabilidad, el tipo S es utilizado para la calibración universal del punto de fusión del oro  (1064,43 °C). Da una fuerza electromotriz de 13.17 mV a 1,300°C en la calidad de 10% rodio

Tipo B (Platino (Pt)-Rodio (Rh)): son adecuados para la medición de altas temperaturas superiores a 1.800 ºC. El tipo B por lo general presentan el mismo resultado a 0 ºC y 42 ºC debido a su curva de temperatura/voltaje.

27. ¿Qué es un cable de extensión?
CABLES DE EXTENSIÓN Cuando el termopar está instalado a una distancia larga del instrumento, no se puede conectar directamente al mismo, sino por medio de un cable que recibe el nombre de cable de extensión. Los cables de extensión se simbolizan con una X después de la letra correspondiente al termopar, por ejemplo TX es el cable de extensión para un termopar tipo T.

28. Menciona tres recomendaciones para la instalación y mantenimiento de los cables de extensión
* Usar el cable de extensión correcto para cada tipo de termopar.
* Observar y respetar las polaridades cuando se hacen las conexiones en la cabeza y en el instrumento. La observación de esta norma se facilita por el código de colores de los cables.
* Instalar el cable de extensión en conduit siempre que sea posible y conectar el conduit a tierra para evitar interferencias de otros circuitos.

29. Explique cómo se calibra un termopar.
·Conocer el intervalo a calibrar deseado. Es necesario que se corrobore que nuestro equipo es capaz de cubrir el intervalo de calibración del instrumento bajo prueba (UUT por sus siglas en inglés).
·Analizar incertidumbres. Se recomienda que la incertidumbre total del equipo de referencia (termómetro de referencia, indicador y fuente de temperatura) tenga una relación de 4:1 contra la exactitud del instrumento bajo prueba.
·Definir puntos de medición. Dividir de manera equidistante en temperatura el intervalo de calibración en al menos 5 puntos de medición cubriendo la mayor parte de dicho intervalo.
·Llevar a cabo las mediciones. Se programa la fuente de temperatura a cada uno de los distintos puntos de medición, una vez que la fuente de temperatura es estable se toman lecturas del termómetro de referencia y del termómetro o termómetros a calibrar. Se recomienda que se tomen varias lecturas en cada punto con lo que se mejora la incertidumbre.
·Realizar cálculos. Una vez tomadas las mediciones se llevan a cabo los promedios de las lecturas en cada punto, se calcula la incertidumbre de cada punto de medición y se determina en su caso, si el termómetro a calibrar se encuentra dentro de las especificaciones del fabricante o su norma correspondiente.
·Elaborar informe de calibración. En el informe de calibración quedan plasmados los resultados finales de la calibración.

30. Explique el funcionamiento de los RTDs.
DescripciónLos detectores de la temperatura de la resistencia, también conocidos como RTD, son los dispositivos de la herida del alambre y de la película fina que incorporan los metales puros o ciertas aleaciones que aumentan de resistencia mientras que la temperatura aumenta y, disminuyen inversamente en resistencia pues la temperatura disminuye. RTDs es similar a los termopares en que convierten cambios en temperatura a las señales del voltaje por la medida de la resistencia. Pues un RTD consigue más caliente la resistencia medida en ella es elemento llega a ser más grande, pues refresca la resistencia llega a ser más pequeña.
Los RTD ó dispositivos térmicos resistivos, son sensores de temperatura a los cuales también se les denomina "bulbos de resistencia", su principio de funcionamiento se basa en el hecho de que un metal al calentarse, cambia su valor de resistencia, midiendo el valor de corriente que circula a través del RTD, se mide la temperatura con presición, la construcción típica de un RTD consiste en una bobina de hilo de cobre, de niquel ó de platino, la bobina se fija a un soporte con forma de una varilla, su diametro es semejante al diametro de un lápiz, con una longitud aproximada de 40 centímetros, su diseño se debe a C. H. Meyers (1932), en presencia de variaciones de temperatura el RTD modifica su componente resistivo en forma lineal, si la temperatura varia en un rango amplio, la no-linealidad se hace presente y aparecen errores de linealidad, en términos absolutos, no se desprecian para algunas aplicaciones.

31.Cuáles son los materiales más usados en los RTDs.
El tipo más de uso general de elemento de RTD es platino, estos modelos se refieren a menudo como PRTs o PRT100s. Los elementos del platino son populares porque pueden ser utilizados sobre una amplia gama de temperaturas y ofrecer un tiempo de reacción rápido. El coeficiente del platino de resistencia es casi linear, como tal, usando resoluciones de un elemento del platino del °C ±0.1 o es mejor posible.
Otros elementos
Otros elementos se pueden utilizar en RTD que sean menos costosos, los alternativas más de uso general son de cobre y níquel. La ventaja a esto es que el RTD costará menos dinero a la fabricación y tendrá un valor de reemplazo más bajo, pero la desventaja es que estos elementos tienen más restricción en las gamas que pueden ser usado debido a los non-linearities en la resistencia contra curva del voltaje. También, hay problemas con los problemas de la oxidación del alambre que se saben para ocurrir cuando el cobre se utiliza como el elemento.

32. De la clasificación de los sensores de flujo
·De pistón
·De paleta (compuerta)
·De elevación (tapón)

33. Mencione que es el flujo laminar y flujo turbulento.
Flujo laminar: Se llama flujo laminar o corriente laminar, al tipo de movimiento de un fluido cuando éste es perfectamente ordenado, estratificado, suave, de manera que el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse si la corriente tiene lugar entre dos planos paralelos, o en capas cilíndricas coaxiales.

Flujo turbulento: se llama flujo turbulento o corriente turbulenta al movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente

34. Explique el principio de operación.de un medidor magnético.

Operan utilizando el principio de Faraday de la conducción magnetica.
Están basados en la ley de Faraday que enuncia que el voltaje inducido a través de un conductor que se desplaza transversal a un campo magnético es proporcional a la velocidad del conductor.
Aplicamos un campo magnético a una tubería y medimos su voltaje de extremo a extremo de la tubería. Este sistema es muy poco intrusivo pero solo funciona con líquidos que tengan algo de conductividad eléctrica. Es de muy bajo mantenimiento ya que no tiene partes móviles.