“CUESTIONARIO INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL”
1.- ¿A que se denomina proceso? Por proceso se entenderá una realidad física cualquiera que conlleva, en algún intervalo de tiempo, una dinámica entre una o más variables asociadas cuos valores es importante conocer controlar. !.- ¿"ue es un elemento final de control? #lemento $inal de %ontrol , %ontrol , recibe la se&al del controlador modifica directamente el valor de la variable manipulada. #l elemento final más utili'ado es la válvula de control. (.- ¿"ue es la variable controlable? )a variable controlada es controlada es la cantidad que se m ide controla, indicando la calidad del producto o las condiciones de operaci*n del proceso. +.- ¿A que se denomina perturbaci*n? )as perturbaciones son variables que actúan desde el interior o eterior del sistema pero que no son maneables a voluntad cuo efecto sobre el proceso tiende a afectar negativamente el valor de la salida. ntroducen una componente de incertidumbre en el estudio. /.- ¿A que se denomina elemento primario? #l #lementos Primario o 0ensor, es la parte de un la'o o un instrumento que está en contacto directo con la variable controlada es el encargado de observar medir lo que se quiere controlar. .- ¿A que se denomina constante de tiempo? )a constante constante de tiempo tiempo 2 de un sistema sistema lineal de primer primer orden es una medida de la velocidad velocidad de reacci*n del sistema. ndica el lapso de tiempo que transcurre desde que se alimenta una funci*n escal*n en la entrada 3asta que la variable de salida del sistema alcan'a el (4 de su valor final estacionario. )os sistemas de orden n poseen de forma correspondiente correspondiente n constantes de de tiempo. 5.- ¿"u6 es una válvula del tipo fail open? 7na válvul válvulaa de Falla Abierta (Fail-Open, FO) ante una falla de energía energía lo mas seguro es que se encuentre completamente abierta. #n este tipo de válvula, el mecanismo requiere que se le suministre energía para que cierre, ra'*n por la cual tambi6n se le llama Válvula de Aire para Cerrar (Air-to-close, (Air-to-close, AC) 8.- ¿ "u6 es una válvula del tipo fail close? %uando la posici*n más segura de una válvula ante una falla de energía es la completamente cerrada, esta se denomina válvula de Falla de Falla Cerrada (Fail-Closed, FC). #n este tipo de válvula, el mecanismo requiere que se le suministre energía para que abra, ra'*n por la cual tambi6n se le llama Válvula de Aire para Abrir (Air-to-Open, AO). AO). 9.- ¿A que se denomina A: 2; ;P#< =A2;>? #s un tipo de acci*n de control conocida conocida como acci*n inversa, en la cual la válvula se abre cuando se aplica aire sobre el diafragma se cierra por la acci*n del del resorte cuando se quita el aire. aire. 0e dice que la válvula sin aire cierra o aire para abrir. abrir.
1.- ¿A que se denomina A: 2; %);0# =A2%>? #s un tipo de acci*n de control conocida como acci*n directa, en la cual la válvula se cierra cuando se aplica aire sobre el diafragma se abre por la acci*n del resorte cuando se quita el aire. #n resumen se dice que la válvula abre sin aire o aire para cerrar. 11.- ¿%uáles son las partes de una válvula de control? @iafragma, servomotor, muelle, vástago, indicador de posici*n, tapa, obturador, asiento, brida cuerpo 1!.- ¿"u6 es la característica in3erente de una válvula? 0e denomina característica in3erente de una válvula, f=>, a la relaci*n entre la posici*n relativa del vástago, por tanto la apertura relativa de la válvula, el caudal que circula, a p6rdida de carga constante. #sta variable depende fundamentalmente del dise&o del obturador.
$igura !. 2ipos de características de válvulas. 1(.- ¿"u6 es el % de una válvula? %v es el $actor de %apacidad o %oeficiente de la álvula. #sta es una constante específica de una válvula que depende de sus características, principalmente, tipo tama&o. Por definici*n, el coeficiente de una válvula es el fluo en 7.0. galones por minuto =gpm> de agua que fluen a trav6s de la válvula con una caída de presi*n de 1 psi. Por eemplo, una válvula con coeficiente de (, permite el fluo de ( gpm de agua con una caída de presi*n de 1 psi. 1+.- ¿%uál es la relaci*n entre la característica in3erente el % de la válvula? Banancia de una álvula de %ontrol 0i la variable de entrada a la válvula es la se&al de salida del controlador en porcentae de salida del controlador =4 %;> la variable de salida de la válvula es el fluo de salida de ella, entonces la ganancia de la válvula se define como
7tili'ando la regla de derivaci*n en cadena, se puede mostrar a la ganancia de la válvula como el producto de tres t6rminos que relacionan la dependencia de la posici*n de la válvula con la salida del controlador, la dependencia del %v con la posici*n de la válvula la dependencia del fluo con el valor de %v.
)a dependencia de la posici*n de la válvula es, simplemente, la conversi*n de la salida del controlador en porcentae a la fracci*n correspondiente a la posici*n de la válvula, pero el signo depende de si la válvula es de falla cerrada o de falla abierta.
#l signo positivo se utili'a cuando la válvula es de falla cerrada el signo negativo se asigna cuando la válvula es de falla abierta. )a dependencia del %v con la posici*n de la válvula depende de las características in3erentes de fluo, asíC
$inalmente, la dependencia del fluo con el %v es funci*n de las características de fluo instalada de la válvula de control. 1/.- ¿"u6 es la curva instalada? )a curva característica in3erente de una válvula no representa su comportamiento real cuando es instalada en un circuito determinado. #sta curva se deforma en funci*n de la relaci*n entre la p6rdida de carga en la válvula la p6rdida total en el circuito en el que se encuentra, defini6ndose entonces la característica instalada, fD=>. Ambas características serán iguales cuando toda la p6rdida de carga se deba a la válvula.
1.- ¿%uál es la curva isoporcentual? #l obturador con característica isoporcentual, produce un cambio en el caudal que es proporcional al caudal que fluía antes de la variaci*n. )a ecuaci*n correspondiente esC dq dl
a.q
qE caudal a p6rdida de carga constante aE constante lE carrera de la válvula
0i se integra la epresi*n anterior se obtieneC
q b.e a.l
)a curva isoporcentual se caracteri'a por que al principio de la carrera de la válvula, la variaci*n de caudal es peque&a, al final peque&os incrementos en la carrera se traducen en grandes variaciones de caudal. #ste tipo de válvulas presentan una rangeabilidad de / a 1.
15.- ¿%uál es la curva lineal? #n el obturador con característica lineal, el caudal =q>, es directamente proporcional a la carrera =l> según la ecuaci*n qEFl dondeC q E caudal FE constante l E carrera o recorrido de la válvula
18.- ¿%uál es la curva de apertura rápida? )a válvula de abertura rápida no es útil para la regulaci*n de fluos porque la maor parte de la variaci*n del coeficiente de la válvula se reali'a en el tercio inferior del despla'amiento de la válvula. 0e desarrolla mu poca variaci*n en el coeficiente de la válvula en un tramo considerable del recorrido de la válvula. )as válvulas de abertura rápida son apropiadas para válvulas de alivio para sistemas de control de dos posiciones. )as válvulas de alivio deben permitir un fluo mu grande, tan rápido como sea posible para prevenir sobre presiones en recipientes de procesos otros equipos. )os sistemas de control de dos posiciones funcionan para facilitar fluo completo o impedir totalmente el fluo.
19.- ¿%uál es la característica instalada ideal? )a característica instalada ideal es la característica lineal para caídas de presi*n variable. #sta se produce con un interno isoporcentual, que produce una relaci*n uno a uno mas precisa entre el despla'amiento el caudal.
)as válvulas cuo comportamiento no es absolutamente lineal, presentan frecuentemente fen*menos de 3ist6resis, que consisten en la diferencia entre los valores de caudal obtenidos para los mismos valores de posici*n de actuador = por tanto, de apertura de la válvula> cuando se reali'an barridos de estos valores en sentido creciente decreciente. #sta es otra ra'*n por la cual la característica lineal es la ideal. !.- ¿%*mo afecta la característica instalada a la controlabilidad del la'o? Al momento de buscar una válvula de control para un sistema se debe anali'ar la curva instalada de la válvula, la ganancia de la válvula de control la ganancia real del sistema, puesto que una válvula de control puede mantener, corregir o empeorar la linealidad del la'o de control del sistema, dependiendo de la característica de fluo que e3iba, una ve' instalada en el proceso.
!1.- ¿%uál es la arquitectura de un controlador P@ comercial? #s un equipo de control industrial basado en microprocesador que permite implementar un controlador de tipo P@. ncorpora un displa que muestra en algunos casos el set point el valor de la variable de proceso. :equiere una alimentaci*n de por eemplo 11-! @% o 9-!+ A%, puede recibir como entrada la se&al de una termocupa o de P2-1 =normalmente en el rango de a 1 >. @a como salida principal una se&al anal*gica de tensi*n entre 1 que debe pasar por un amplificador de potencia antes de llegar al actuador. 2iene además otras funciones, como alarmas, con salidas a rel6, que permiten implementar funciones de protecci*n adicionales.
!!.- ¿%uáles son las características preponderantes de un controlador P@? 7n controlador P@ se compone de tres acciones de controlC proporcional, integral derivativa. 0u nombre esta relacionado con la operaci*n que efectúan sobre el error e=t>.
-)a acci*n proporcional genera una se&al proporcional al error -)a acci*n integral genera una se&al que integra el error. #sta componente elimina el error de estado estacionario. -)a acci*n derivativa genera una se&al proporcional a la variaci*n error, que permite generar una respuesta anticipativa. )os parámetros Fp, 2i 2d caracteri'an a un controlador P@ 3acen que el sistema de la'o cerrado tenga la respuesta adecuada, medida en t6rminos del cumplimiento de las especificaciones de dise&o =error en r6gimen permanente, velocidad de respuesta permanente Gt p, tr , ts- sobreimpulso>. !(.- ¿A que se denomina :eset Hindup? 2odo controlador o elemento accionador real presenta una regi*n de saturaci*n que sumada al efecto integrador del P@ puede producir un fen*meno denominado resetIindup. #ste fen*meno puede causar fuertes sobrepicos en la respuesta temporal del sistema se pone en evidencia ante cambios importantes de la se&al de referencia o perturbaciones de gran amplitud.
Para una rápida comprensi*n del problema supongamos un sistema controlado a trav6s de un P que presenta saturaci*n. Ante una ecitaci*n =o perturbaci*n> que produ'ca un error apreciable, el controlador satura instantáneamente debido a su acci*n proporcional u(t), la acci*n integral u!(t) no presenta respuesta inmediata pero comien'a a integrar el error pudiendo suceder que debido a la amplitud duraci*n de 6ste el valor integrado u!(t) adquiera una magnitud tal que impida transitoriamente que el controlador salga de la regi*n de saturaci*n pese a que el error 3aa disminuido apreciablemente. :esulta necesario que el error cambie de signo, para que el valor de u!(t)comience a decrecer =lo cual provoca un sobrepico en la respuesta>. #n efecto, la disminuci*n de u!(t) es lenta lo cual provoca que la acci*n de control u(t) mantenga su signo =pese a que el error es de signo contrario> por consiguiente pueden producirse apreciables sobrepicos en la repuesta temporal del sistema. #ste efecto es más pronunciado en sistemas que poseen retardo puro, a que en estas condiciones entre el instante en que se aplica la ecitaci*n el instante en que el proceso reacciona, la acci*n integral puede alcan'ar un valor elevado. !+.- ¿"u6 es el set point remoto? 7n controlador con set point remoto prev6 la opci*n de entrada a distancia lineal anal*gica actual o el control de la tensi*n de punto de consigna primario. Aunque el punto de entrada estándar está calibrado de a / @%, otras tensiones a trav6s de 1 @% o corrientes a trav6s de 1 mA %% se pueden suministrar si eiste un pedido especial. #l control remoto de entrada puede ser aislado de una corriente o voltae estable de suministro o, si el punto de consigna se puede austar manualmente con el valor, se puede utili'ar un controlador de la oferta interna con un potenci*metro remoto simplificado para una fuente. 2odos los controladores de set point remoto con opci*n de entrada tiene un número de pie'a cuo segundo dígito es un J1J. !/.- ¿A que se denomina proportional band? #n el ambiente industrial, la ganancia de la acci*n proporcional suele ser epresada a trav6s de la llamada KLanda proporcionalM LPE 1N "p. )a banda proporcional es entonces la inversa de la ganancia del regulador epresada en tanto por ciento del intervalo de medida. !.- ¿"u6 relaci*n eiste entre la banda proporcional la salida del controlador? %uanto mas peque&a sea la banda proporcional, menor será la cantidad que la medici*n debe cambiar para el mismo tama&o de cambio en la medici*n. ;, en otras palabras, menor banda proporcional implica maor cambio de salida para el mismo tama&o de medici*n. #l error en estado estacionario =ess> de un sistema esta relacionado con la banda proporcional =LP>. %uando la LP es peque&a eiste un maor ess, mientras que si la LP es grande el ess tiende a cero. !5.- ¿"u6 se entiende por manual reset? #l reset manual es una opci*n que permite al operador resetear un controlador cuando sea necesario. !8.- ¿"u6 es sintoni'ar un controlador?
La sintonización del controlador es el proceso de seleccionar los par!etros del controlador " Fc, 2i, 2d# $%e c%!plan con las especi&icaciones sintonización del controlador
!9.- @etermine la funci*n de transferencia del algoritmo P@ =plano s> )a ecuaci*n de un controlador P@ en el dominio del tiempo esC
Para encontrar la funci*n de transferencia del algoritmo P@ en el plano s debemos aplicar transformada de )aplace. )a transformada de )aplace de "p e=t > es C "p # = s > )a transformada de )aplace de
"p $i
t
e=t >dt es C ?
)a transformada de )aplace de "p $d
de=t > dt
"p # = s > $i s
es C "p $d s # = s >
)uego definimos la funci*n de transferencia del controlador comoC C = s >
% = s > # = s >
$inalmente obtenemosC
(.- @etermine la funci*n de transferencia discreta del algoritmo P@ =plano '> Para determinar la funci*n de transferencia del controlador P@ en al plano ' utili'aremos la transformaci*n bilineal. #ste un m6todo para mapear todo el semiplano i'quierdo del plano s en el círculo unitario en el plano z . )a transformaci*n bilineal utili'a la siguiente relaci*n para reali'ar el mapeoC
@onde Ts es el tiempo de muestreo del sistema de tiempo discreto. Por lo tanto sustituimos la relaci*n bilineal en la funci*n de transferencia del controlador P@ en el dominio s para obtener la funci*n de transferencia del controlador de tiempo discreto P@.
$i $s = & 1>
!= & 1>
C = & > "p 1
1
!
a b & c & 1 & !
C = & > '
$d != & 1>
$s = & 1>
@ondeC '
"p
!$s a !$s $i $s ! +$d
b !$i $s ! 8$d c $i $s ! !$s +$d
(1-((.- ¿%uántos polos ceros tiene un controlador P@?
@e la funci*n de transferenciaC
0e obtiene que el controlador P@ posee 1 polo en el origen, es decir en s E =)os polos son las raíces de la ecuaci*n del denominador> ! ceros =)os ceros son las raíces de la ecuaci*n del numerador>. (!.- ¿%uántos ceros tiene un controlador P? #l controlador P introduce 1 cero. (+.- ¿@*nde están ubicados los ceros de un controlador P@? #l controlador P@ genera una se&al de comando u(t) compuesta por tres t6rminos aditivos que, como su nombre lo indica son proporcionales a la se&al de error, a su integral a su derivada. )a ecuaci*n suele escribirse de la siguiente formaC
)uego la funci*n de transferencia del controlador P@ resultaC
Para comprender meor el funcionamiento del controlador P@, resulta útil anali'ar como varían los ceros de la funci*n de transferencia del controlador, en funci*n de los coeficientes $i $d . )as raíces del numerador están dadas porC
0i $d es tomado como parámetro, los ceros resultan reales para $i +$d O, si a su ve', $i tiende a valores mu grandes, los ceros C C! tienden aC
)a figura 1.+ muestra el movimiento de los ceros en funci*n de $i, tomando a $d como parámetro.
(/.- ¿%uál es el diagrama de bode de un controlador P? 7n controlador P se compone de las acciones proporcional e integral, de modo que su diagrama de bode tambi6n posee dos componentes.
( (5.- ¿A qu6 se denomina margen de ganancia margen de fase? A:B#< @# BA
, el sistema se inestabili'ará a la'o cerrado. 2ambi6n es posible visuali'ar estos márgenes en el diagrama de Lode. 2al como se ve en la siguiente figura encontramos el margen de ganancia cuando la fase alcan'a los -18Q encontramos el margen de fase cuando la ganancia alcan'a los dL.
(8.- ¿%uál es la condici*n de oscilaci*n de un sistema realimentado? 7n sistema realimentado de !Q orden tiene una respuesta ante una entrada escal*n de la formaC
#n el dominio de tiempo seríaC
7na condici*n de oscilaci*n es que el factor de amortiguamiento relativo sea cero. #sto produce que la respuesta se vuelve no amortiguada las oscilaciones continúan indefinidamente. )a respuesta c=t> para el caso del amortiguamiento cero esC
c =t >
1
@onde
n
cos= nt > , para t ?
es la frecuencia a la cual el sistema oscilaría si el amortiguamiento disminue a cero.
;tra condici*n ocurre cuando un sistema entra en oscilaci*n en ausencia de una entrada. #l oscilador arranca con el r6gimen transitorio de conei*n , en r6gimen permanente, mantiene su salida mediante la se&al realimentada. #sta clase de sistemas se denominan circuitos oscilatorios. @esde el punto de vista analítico en un sistema lineal la oscilaci*n se manifiesta cuando el lugar de <quist pasa ustamente por el punto crítico, lo que implica la eistencia de pares de polos imaginarios. #n este caso la respuesta al impulso es arm*nica no amortiguada. (9N51.- ¿A qu6 se denomina amortiguamiento? #n un sistema mecánico un amortiguador es un dispositivo que proporciona fricci*n viscosa o amortiguamiento. #stá formado por un pist*n un cilindro lleno de aceite. #l aceite resiste cualquier movimiento relativo entre la varilla del pist*n el cilindro, debido a que el aceite debe fluir alrededor del pist*n =o a trav6s de orificios en el pist*n> de un lado del pist*n al otro. #l amortiguador esencialmente absorbe energía. #sta energía absorbida se disipa como calor el amortiguador no almacena energía cin6tica ni potencial. #l amortiguamiento es el proceso por el cual la vibraci*n libre disminue en amplitudR en este proceso la energía del sistema en vibraci*n es disipada por varios mecanismos los cuales pueden estar presentes simultáneamente. #l factor de amortiguamiento relativo crítico Bc E ! (" , o bienC
es el cociente entre amortiguamiento real B el amortiguamiento
+.- ¿"u6 implica un amortiguamiento de 1N+?
#sta curva nos muestra la respuesta de un sistema prototipo de !Q orden ante una entrada escal*n unitario, para distintos factores de amortiguamiento relativo. Para un factor de amortiguamiento de .!/ un sistema de !Q orden tiene un comportamiento dinámico subamortiguado. #n general si S S 1, los polos en la'o cerrado son compleos conugados se encuentran en el semiplano i'quierdo del plano s. #l sistema, entonces se denomina subamortiguado la respuesta transitoria es oscilatoria. +1 ¿"u6 significa que un la'o minimice el índice 2A#? #ste m6todo consiste en aplicar el criterio de la integral de error. 2A# =integral del valor absoluto del error ponderado en el tiempo>. 0i tomamos en consideraci*n la evoluci*n del error para cambios de set point cambios de carga, minimi'ar el índice consistirá en disminuir la medida de error con la consideraci*n que el índice 2A# se empleara siempre cuando la magnitud del error sea inferior a 1 pero además perdura en el tiempo de forma que este trabaa como un factor de peso variable
%uando se tiene una respuesta en que los errores ocurren cuando t tiende a valores grandes este índice penali'a con más peso. +! ¿"u6 significa que un la'o minimice el índice 0#? inimi'ar 0# =integral del error cuadrado> se aplica cuando la magnitud del error sea distinta a uno
%uando no es necesario un sobre valor peque&o se utili'a a que presenta maor tiempo de asentamiento +(¿"u6 significa minimi'ar el índice A#? inimi'ar el índice A# =integral del valor absoluto del error> significa que se puede utili'ar con cualquier magnitud incluso teniendo una buena respuesta cuando la magnitud es inferior a uno.
0e aplica cuando es necesario un peque&o sobre valor. ++.- #n un la'o de medici*n de temperatura que trabaa de + a !ma @% eiste un receptor de 1 a /volts, para la conversi*n se utili'a una resistencia de !/ o3ms .14 ¿A cuánto corresponde el error de la variable leída si el valor de la resistencia cambia de !/ a !8 o3ms?
nicialmente tenemosC + )
+
!? *A
!/?
1 V
/V
)uego si : es !8o3ms, entoncesC 1.1! V
/.V
Por lo tanto el error de la variable leída si al cambiar : es de un 1!4 +/.- @iversos fabricantes venden transmisores de presi*n diferencial con indicador local. )as características son las siguientesC $AL:%A<2# A L %
#::;: .( .( .(
7<@A@ 4 0pan %alibrado 4 :ango 4 de lo indicado
A);: -1 -/ 9
7<@A@#0 T!; T!; 4
0i para todos los casos tenemosC A:AL)# :ango :ango calibrado )ectura ¿%uál es el instrumento mas preciso? Para contestar esta pregunta primero definiremos algunos conceptosC
:angoC espectro o conunto de valores de la variable medida que están comprendidos dentro de los límites superior e inferior de la capacidad de medida, de recepci*n o de transmisi*n del instrumento. 0pan =alcance>C #s la diferencia algebraica entre el valor alto el bao del rango. Precisi*nC es la cualidad de un instrumento por la que tiende a dar lecturas mu pr*imas unas a otras, es decir, es el grado de dispersi*n de las mismas.
0egún los conceptos definidos el instrumento más preciso es del fabricante A. +.- @etermine cual es el rango calibrado de un transmisor que mide nivel por medio de la presi*n diferencial en un tanque cerrado, presuri'ado cuo valor oscila entre ./-(,/ metros. #l fluido pose 0E1,/ la presi*n del tanque es / psi.
+5.- 0i un controlador proporcional ante un 0PE4 PE8 tiene una salida del 14 ¿%uál es su banda proporcional? P E 8, valor promedio 0P E 4, sobrepaso %omo 0P es el 4 de 8, entonces 0P E +8, esto quiere decir que el valor máimo de la curva de respuesta es 1!8.
Para calcular el valor de la banda proporcional =LP> requerimos las siguientes ecuacionesC 0alida E =#Nbanda>U14 banda E =LPU0P>N14 # E 0P - P Primero determinamos #C # -, ,V (!
%omo la salida es 14, entonces #Nbanda E 1 por lo tanto banda E (! )uegoC
.,
banda U 1??4
.54
-,
Por lo tanto el controlador proporcional tiene una LP E .54. +8N/.- 0i 7d tiene una termocupla tipo F aplicada a un fluido 7d estima que la temperatura del fluido debería ser cercana a los /V% la temperatura ambiente es de (V% ¿%uál sería la $# leída en la termocupla si esto fuera cierto?
#l etremo de la termocupla ubicado en el fluido se denomina punto caliente el etremo de la termocupla a temperatura ambiente se denomina untura fría. #l calculo de la $# o o leída en los bordes de la termocupla se 3ace mediante la siguiente ecuaci*nC o E 21 G 2!, obtenida del efecto 0eebeW. @onde 21E 0U21, 2! E 0U2! 0 es la sensibilidad de la termocupla. )a termocupla tipo F tiene una sensibilidad de + XNQ% Por lo tanto o E 0=21-2!> E 1.+ m. +9N5.- ¿"u6 funci*n cumplen los siguientes instrumentosC $%, )2, )%, Y%, P%, 0%, 02, $, )? $%C %ontrolador indicador de caudal. )2C 2ransmisor de nivel )%C %ontrolador indicador de nivel.
Y%C %ontrolador indicador no clasificado. P%C %ontrolador indicador de presi*n. 0%C %ontrolador indicador de velocidad o frecuencia. 02C 2ransmisor de velocidad o frecuencia $C álvula de caudal. )C álvula de nivel. /.- #numere + tipos de flu*metros describiendo brevemente sus principios de operaci*n. -$lu*metro de venturiC es llamado aparato estrangulador, es decir a trav6s de una toma seccional en el tubo bao corriente ocurre un aumento de velocidad, cuo resultado es una reducci*n medible de presi*n dp. )a base de este tipo de medici*n de la corriente de volumen son la ecuaci*n Lernoulli la le de continuidad. Puesto que el tubo de venturi está dividido en una 'ona de entrada convergente en una 'ona de salida divergente, las p6rdida de presi*n es muc3o menor que en otros aparatos estranguladores, como e. boquilla de medici*n u orificio de medici*n. Al usar el aparato tiene que observarse el sentido de corriente. - $lu*metro magn6tico tipo inserci*n para ca&erías de gran diámetroC #l principio de funcionamiento es similar a los caudalímetros magn6ticos tipo tubo basados en la le de $arada. ide la velocidad del fluido dentro de la ca&ería. #n el etremo del sensor se encuentran instalados un par de electrodos en contacto con el fluido una bobina dentro de la probeta que genera un campo inductor. #l fluido cortará las líneas de fuer'as del campo inductor generando una corriente proporcional a la velocidad del fluido. )a $# inducida en los dos electrodos en combinaci*n con el diámetro de la ca&ería será procesada por la electr*nica obteniendo el valor del fluo instantáneo totali'ado. #sta informaci*n será mostrada tanto en el displa digital como transmitida por una salida anal*gica de + a ! mA pulso. - $lu*metro ultras*nico tipo tiempo de transito para fluidos limpiosC #l flu*metro utili'a la tecnología de tiempo de tránsito para medir líquidos 3omog6neos relativamente limpios. 0e configura fácilmente por medio del teclado gracias a la incorporaci*n de un microprocesador. #s id*neo para medir el fluo en tuberías de .5/ 3asta !(/ pulgadas de diámetro. #l sistema de medici*n está compuesto por un convertidor sensor. 0us aplicaciones incluen la medici*n de fluo de cualquier líquido por el cual se transmita una se&al ultras*nica. - $lu*metro tipo t6rmicos para gases baa presi*nC )os caudalímetros de @ispersi*n 26rmica funcionan de tal manera que los elementos que componen el sensor son calentados o enfriados están conectados en base a un puente de resistencias =Puente de H3eatstone>. 0i se mantiene constante la corriente el6ctrica que circula por un elemento conductor, la relaci*n entre la temperatura =resistencia el6ctrica> el caudal es directamente proporcional. Por otra parte, se puede mantener constante la resistencia, en cuo caso la potencia varía al aumentar o disminuir el fluo.
/1.- #numere ! tipos de elementos primarios para medir presi*n operaci*n
describa brevemente su principio de
#l diafragma C %onsiste en una o varias capsulas circulares conectadas rígidamente entre si por la soldadura, de forma que al aplicar presi*n, cada capsula se deforma la suma de los peque&os despla'amientos es amplificada por un uego de palancas. )os elementos de inductancia variable, donde el despla'amiento de un núcleo m*vil dentro de una bobina aumenta la inductancia de esta en forma casi proporcional a la porci*n metálica del núcleo contenida dentro de la bobina, la corriente presente en el circuito se va reduciendo por aumentar la fuer'a electromotri' de autoinducci*n. /!.- ¿%uál es esencialmente la diferencia entre las termocuplas las :2@Ds? %omente al respecto )as termocuplas poseen una respuesta no lineal, un rango más amplio de medici*n, son más resistentes al ambiente poseen un alta eactitud, son autoalimentados, de bao costo, requieren de otro sensor de temperatura para compensar la untura fría son menos estables que otros sensores de temperatura, mientras que la :2@ tiene un alcance de medici*n menor, están estandari'adas entre fabricantes, son costosas, requieren de alimentaci*n, tienen baa sensibilidad presentan autocalentamiento. #s por esto que las las termocuplas son el sensor de temperatura más común utili'ado industrialmente, por su robuste' rango de medici*n principalmente, sin embargo normalmente requieren de una :2@ para compensar su untura fría. /(.- @efina la'o abierto 7n sistema de la'o abierto es aqu6l donde la salida no tiene efecto sobre la acci*n de control. )a eactitud de un sistema de la'o abierto depende de dos factoresC a> )a calibraci*n del elemento de control. b> )a repetitividad de eventos de entrada sobre un etenso período de tiempo en ausencia de perturbaciones eternas. /+.- ¿%*mo puedo saber si un controlador esta actuando sobre una válvula? Para identificar si un controlador esta actuando sobre una válvula 3abría que ver si eiste alguna se&al control desde el controlador 3acia la válvula luego si la válvula presenta alguna respuesta, generando la se&al manipulada que actúa sobre la planta. //.- ¿A qu6 se denomina puente de I3eatstone? ¿Para que se utili'a? #l puente de I3eatstone es un m6todo para el acondicionamiento de se&ales. 0u configuraci*n ofrece una respuesta lineal de alta sensibilidad.
0i en equilibrio se consideraC
#ntonces obtenemos una relaci*n no linealC
"ue podemos lineali'ar volver proporcional a , si asumimos SS W Z1, quedando s de formaC Vs
V"0
/ 1 !
/.- ¿%*mo funciona un medidor de nivel por admitancia :$? )a sonda de capacitancia la pared del recipiente forman las dos placas de un capacitor, la capacidad estará determinada por su área superficial, la distancia entre ellas, así como el tipo propiedades diel6ctricas del producto que se está midiendo. A medida de que el recipiente se llena, la capacidad aumenta. )a capacidad se mide una se&al proporcional al nivel es generada por un circuito electr*nico que posee la sonda. )a se&al es evaluada por otra unidad electr*nica conectada al sistema. )as sondas de detecci*n de nivel de Admitancia de radio frecuencia =:$> se ven afectadas por la resistencia del material cuo nivel se está midiendo. #l sistema de Admitancia :$ mide tanto la capacitancia como la resistencia del material que se está midiendo , por medio de un circuito electr*nico, sustrae la resistencia de la medici*n combinada. /5.- ¿%*mo funciona un medidor de nivel basado en presi*n 3idrostática? Algunos instrumentos basados en la presi*n 3idrostática sonC #l medidor manom6trico, el medidor de membrana, el medidor de tipo burbueo el medidor de presi*n diferencial. Para eplicar el principio de funcionamiento utili'aremos como eemplo el medidor de presi*n diferencial. #ste consiste en un diafragma en contacto con el líquido, que mide la presi*n 3idrostática en el fondo del tanque. #n un tanque abierto esta presi*n es proporcional a la altura del líquido en ese punto a su peso específico. #s decirC , 1 g @ondeC P E presi*n T E altura del liquido sobre el instrumento E densidad del liquido g E 9.8 * N s ! /8.- ¿%*mo se conecta un @P %ell para medir nivel?
Cuando una célula d/p es usada medir el nivel en un tambor de vapor, un transmisor de interpretación inversa por lo general es instalado. Una cámara de condensación sin aislamiento es usada para conectar la zona de la alta presión (CV) la célula d/p al espacio de vapor sobre la cima del tambor. El vapor se condensa en esta cámara llena la columna del agua de temperatura ambiente, mientras el lado de presión ba!a ("#) de la célula d/p descubre la presión $idrostática maor del agua $irviendo dentro del tambor. "a salida de la célula d/p re%le!a la cantidad del agua en el tambor. "a salida se eleva como la masa del agua en las gotas de tambor (por&ue la tasa de vapor el $inc$azón asociado aumentan). Es por esta razón &ue recomiendan a un interprete inverso para el uso de la célula d/p en este caso.
/9.- ¿%*mo funciona un medidor de presi*n del tipo pie'oel6ctrico? )os elementos pie'oel6ctricos son materiales cristalinos que, al deformarse físicamente por la acci*n de una presi*n, generan una se&al el6ctrica. @os materiales típicos en los transductores pie'oel6ctricos son el cuar'o el titanio de bario, capaces de soportar temperaturas del orden de 1/Q% en servicio continuo de !(Q% en servicio intermitente.
0on elementos ligeros, de peque&o tama&o de construcci*n robusta. 0u se&al de respuesta a una variaci*n de presi*n es lineal son adecuados para medidas dinámicas, al ser capaces de respuestas frecuenciales de 3asta 1 3'. 2ienen la desventaa de ser sensibles a los cambios en la temperatura de eperimentar deriva en el cero precisar austes de impedancias en caso de fuerte c3oque. Asimismo, su se&al de salida es relativamente d6bil por lo que requieren de amplificadores acondicionadores de se&al que pueden introducir errores en la medici*n.
.- ¿"ue es un medidor ;:2#Y? )os instrumentos de vorte son parecidos al de remolino, ecepto que están basados en el efecto on Farman donde un cuerpo en forma de cono genera alternativamente v*rtices =áreas de baa presi*n e inestabilidad> desfasados en 18Q, cua frecuencia es directamente proporcional a la velocidad por lo tanto al caudal. Para asegurar una correcta medici*n, la tubería debe estar libre de obstrucciones cerca de la entrada. Beneralmente deben instalarse en tubería recta con longitudes mínimas de 1/ diámetros aguas arriba / diámetros aguas abao. #l medidor debe instalarse perfectamente alineado con la tubería para asegurar la formaci*n correcta de los v*rtices. #l vorte debe instalarse de tal manera que el el sensor este siempre lleno de liquido. )a precisi*n es del [1!4. 1.- ¿"u6 es un medidor corioli? #l caudalímetro másico de %oriolis funciona aplicando una fuer'a de vibraci*n a un tubo curvado a trav6s del cual pasa el fluido. #l efecto %oriolis crea una fuer'a en el tubo perpendicular a ambas direccionesC la de vibraci*n la direcci*n de la corriente. #sta fuer'a se mide para obtener el caudal másico. )os caudalímetros de
%oriolis pueden usarse además con fluidos no neItonianos, en los cuales los caudalímetros normales tienden a dar resultados err*neos. #l mismo instrumento puede usarse para medir la densidad del fluido. #ste instrumento tiene una novedad adicional, que consiste en que el fluido está en un tubo liso, sin partes m*viles, que no necesita limpie'a ni mantenimiento presenta una caída de presi*n mu baa. !.- ¿%uál es la diferencia entre un flu*metro @oppler uno del tipo 2iempo de transito? Ambos son flu*metros ultras*nicos son alimentados el6ctricamente, es posible encontrar dos tipos según su principio de medici*nC de #fecto @oppler de 2iempo de 2ránsitoR este último consiste en medir la diferencia entre el tiempo que le toma a dos se&ales atravesar una misma distancia, pero en sentido contrario utili'ando como medio un fluido. 0i el caudal del fluido es nulo, los tiempos serán iguales, pero cuando 3a fluo los tiempos serán diferentes, a que las velocidades de las se&ales serán afectadas por la del fluido cuo caudal se desea determinar. )os de 2iempo de 2ránsito son más eactos que los de efecto doppler, pero para obtener lecturas se requiere que los fluidos tengan un bao porcentae de impure'asR en caso contrario, los de efecto doppler son de utilidad entregan una mu buena se&al, a que su principio de funcionamiento se basa en el cambio de frecuencia de la se&al refleada sobre algún elemento que se mueve con el fluido.
(.- ¿#n qu6 situaciones no puedo aplicar un tubo P2;2 o A<<7LA:? #l tubo Pitot mide la presi*n estática la presi*n dinámica del fluido en un punto de la ca&ería. #l caudal puede determinarse a partir de la diferencia entre ambas presiones. 7n Annubar consiste de varios tubos Pitot ubicados a trav6s de la ca&ería para proveer una aproimaci*n al perfil de velocidad. #l caudal total puede determinarse a partir de esas múltiples mediciones. #l tubo Pitot el Annubar aportan caídas de presi*n mu baas, pero no son físicamente resistentes solamente pueden ser usados con líquidos claros. entaasC Aceptado mundialmente de uso común, #con*mico disponible en un amplio margen de tama&os @esventaasC mposibilidad de medir baas velocidades, Para líquidos, la sonda puede romperse fácilmente +.- #plique con luo de detalles que es la compensaci*n de uni*n fría
.- @etermine lo mismo que en el eercicio +8 para una P2-1 Para poder obtener un nivel de voltae con la medici*n de la :2@ se requiere un acondicionamiento de la se&al. #n este caso utili'ar6 un puente de I3eatstone =PT>. :( es una P2-1, por lo tanto se puede escribir comoC :( E 1=1Za2>, donde a es la sensibilidad del platino =.(8/ N N " > 2 es la temperatura del punto a medir. )a ecuaci*n de salida del PT esC Vs
V"a$
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Para el dise&o considerar6 E1!, FE!, :!E! , :1E!F , :+E1F 2E/Q%. Por lo tanto sE,5(=> 5.- @ibue especifique los elementos necesarios para indicar nivel en un tanque de formalina de 1 metros de altura ¿"u6 tipo de sensores utili'aría por qu6? 0e llama formalina a la disoluci*n de formalde3ído en agua en una concentraci*n que oscila entre el (5 el / 4, que puede contener 3asta un 1/ 4 de metanol. 0e utili'a normalmente esta disoluci*n porque el formalde3ído en condiciones normales es un gas. #s una sustancia fácilmente polimeri'able. #s una mol6cula simple que incluso se 3a 3allado en el espacio. #l formalde3ído es una sustancia t*ica, irritante de las vías respiratorias la piel con propiedades mutag6nicas por su propiedad de alterar las proteínas. Por lo tanto, debido a las características peligrosas de la formalina este debe estar contenida en un estanque cerrado, lo que limita el tipo de sensor a utili'ar. #scogemos un medidor de presi*n diferencial que nos permitirá conocer el nivel a trav6s de la variaci*n de presi*n. Para la medici*n de niveles en tanques al vaci* o bao presi*n pueden utili'arse los instrumentos de medici*n del fluo por m6todos de presi*n diferencial. )a única diferencia es que el instrumento dará una lectura inversaR es decir, cuando se&ale caudal cero en medidas de fluo, se leerá nivel máimo en medidas de nivel. @eben tomarse precauciones para obtener la correspondiente respuesta del instrumento. #l principio de funcionamiento se basa en aplicarle al instrumento la presi*n eistente en la superficie del liquido en ambas coneiones con la finalidad de anularla que la presi*n detectada, sea la presi*n 3idrostática, la cual como se 3a visto, la podemos representar en unidades de nivel.
8.- @ibue el diagrama P\@ del sistema de la pregunta anterior, asigne 7d. los números de la'o.
9.- ¿"u6 son, para que sirven como se utili'an los 2AB numbers? 2AB es un c*digo de identificaci*n de instrumentos que se utili'a en instrumentaci*n control con el obeto de transmitir de una forma más fácil específica la informaci*n. #sto es indispensable en el dise&o, selecci*n, operaci*n mantenimiento de los sistemas de control. #ste sistema de símbolos 3a sido estandari'ado por la 0A %ada instrumento o funci*n para ser designada esta dise&ada por un c*digo alfanum6rico o etiquetas con números. )a parte de identificaci*n del la'o del número de etiqueta generalmente es común a todos los instrumentos o funciones del la'o. 7n sufio o prefio puede ser agregado para completar la identificaci*n.
NUMERO DE IDENTIFICACION TIPICO ( NUMERO TAG) 2% 1( ] dentificaci*n del instrumento o número de etiqueta 2 1( ] dentificaci*n de la'o 1( ] <úmero de la'o 2% ] dentificaci*n de funciones 2 ] Primera letra % ] )etras 0ucesivas
#n este eemplo 2 indica la variable medida =temperatura>, % son las funciones del intrumento =controlar e inducar> 1( es el la'o del proceso.
5!.- ¿%*mo se calcula el amortiguamiento? @e un eemplo. 7n sistema de !Q orden tiene la siguiente $2C
'
' s
?
n s
!
!
n s n
!
!
ParámetrosC '2 C ganancia estática n C frecuencia natural no amortiguada C relaci*n de amortiguamiento #.- Para el sistemaC '= s>
!?? s + s 1?? !
#l sistema normali'ado quedaC '= s> !
de aquí obtenemos BoE!,
n
, determine '2, n 3 .
1?? s + s 1?? !
4 2 3 E .!, por lo tanto el sistema es subamortiguado.
5(.- ¿%uál es la funci*n del modo integral en el control P@? #l modo de control ntegral tiene como prop*sito disminuir eliminar el error en estado estacionario, provocado por el modo proporcional. #l control integral actúa cuando 3a una desviaci*n entre la variable el punto de consigna, integrando esta desviaci*n en el tiempo sumándola a la accci*n proporcional. #l error es integrado, lo cual tiene la funci*n de promediarlo o sumarlo por un periodo de tiempo determinadoR )uego es multiplicado por una constante 2i. 2i representa la constante de integraci*n. #l modo integral presenta un desfase en la respuesta de 9Q que sumados a los 18Q de la retroalimentaci*n = negativa > acercan al proceso a tener un retraso de !5Q, luego entonces solo será necesario que el tiempo muerto contribua con 9Q de retardo para provocar la oscilaci*n del proceso.
5+.- ¿%uál es la funci*n del modo derivativo en el control P@? )a acci*n derivativa se manifiesta cuando 3a un cambio en el valor absoluto del errorR =si el error es constante, solamente actúan los modos proporcional e integral>. )a funci*n de la acci*n derivativa es mantener el error al mínimo corrigi6ndolo proporcionalmente con la misma velocidad que se produceR de esta manera evita que el error se incremente. #l control derivativo se caracteri'a por el tiempo de acci*n derivada en minutos de anticipo. )a acci*n derivada es adecuada cuando 3a retraso entre el movimiento de la válvula de control su repercusi*n a la variable controlada. 5/.- ¿%*mo se relaciona la banda proporcional con el grado de apertura de una válvula?
7n cambio del 14 en la medici*n es requerido para obtener un 14 de cambio en la salida, o un despla'amiento completo de la válvula. 7n controlador austado para responder de 6sta manera se dice que tiene una banda proporcional del 14. 0i la pendiente de la curva aumenta la medici*n de la entrada debería tener un cambio del !4 para poder obtener un cambio de salida completo desde el 4 al 14, esto es una banda proporcional del !4. @e forma inversa si la pendiente de la curva disminue se requiere s*lo cerca del /4 de cambio en la variable controlada para que la salida cambie un 14 en la escala. #sto es un valor de banda proporcional del /4. Por lo tanto, cuanto mas c3ica sea la banda proporcional, menor será la cantidad que la medici*n debe cambiar para el mismo tama&o de cambio en la medici*n. #s decir, una menor banda proporcional implica maor cambio de salida para el mismo tama&o de medici*n.
