Instrumentación industrial / Antonio Creus Sole.

CONTENIDO
Capítulo 1 Generalidades 1
1.1 Introducción 1
1.2 Definiciones en control 2
Campo de medida (range) 3
Alcance (span) 4
Error 4
Incertidumbre de la medida (uncertainty) 5
Exactitud 7
Precisión (accuracy) 7
Zona muerta (dead zone o dead band) 8
Sensibilidad (sensitivity) 8
Repetibilidad (repeatibility) 9
Histéresis (hysteresis) 9
Otros términos 10
1.3 Clases de instrumentos 12
En función del instrumento 12
En función de la variable de proceso 20
Código de identificación de instrumentos 22
Capítulo 2 Transmisores 51
2.1 Generalidades 51
2.2 Transmisores neumáticos 53
Bloque amplificador de dos etapas 53
Transmisor de equilibrio de movimientos 56
Transmisor de equilibrio de fuerzas 57
Transmisor de equilibrio de momentos 58
2.3 Transmisores electrónicos 58
Transmisores electrónicos de equilibrio de fuerzas 58
Detector de posición de inductancia 58
Transformador diferencial 60
Transmisores digitales 60
2.4 Comunicaciones 65
2.5 Comparación de transmisores 69
Capítulo 3 Medidas de presión 71
3.1 Unidades y clases de presión 71
3.2 Elementos mecánicos 73
3.3 Elementos neumáticos 75
3.4 Elementos electromecánicos 76
Transmisores electrónicos de equilibrio de fuerzas 76
Transductores resistivos 78
Transductores magnéticos 79
Transductores capacitivos 80
Galgas extensométricas (strain gage) 81
Transductores piézoeléctricos 83
3.5 Elementos electrónicos de vacío 84
Transductores mecánicos de fuelle y de diafragma 84
Medidor McLeod 84
Transductores térmicos 86
Transductores de ionización 87
Capítulo 4 Medidas de caudal 91
4.1 Medidores volumétricos 92
Instrumentos de presión diferencial 92
Fórmula general 92
Elementos de presión diferencial 105
Resumen de las normas ISO 5167-1980 107
Tubo Pitot 128
Tubo Annubar 129
Transmisores de fuelle y de diafragma 130
Integradores 134
Área variable (rotámetros) 136
Velocidad 146
Vertederos y Venturi 146
Turbinas 150
Transductores ultrasónicos 151
Fuerza (medidor de placa) 153
Tensión inducida (medidor magnético) 154
Medidor magnético de caudal 154
Desplazamiento positivo 171
Medidor de disco oscilante 171
Medidor de pistón oscilante 172
Medidor de pistón alternativo 173
Medidor rotativo 173
Medidor de paredes deformables 175
Accesorios 176
Torbellino y Vórtex 177
Oscilante 179
Medidores de caudal masa 179
Compensación de variaciones de densidad del fluido en medidores volumétricos 180
Medición directa del caudal-masa 185
Medidores térmicos de caudal 186
Medidores de momento angular 187
Medidor de Coriolis 189
Comparación de características de los medidores de caudal 192
Capítulo 5 Medición de nivel 193
5.1 Medidores de nivel de líquidos 193
Instrumentos de medida directa 194
Instrumentos basados en la presión hidrostática. Medidor manométrico. Membrana. Burbujeo. Presión diferencial 197
Instrumento basado en el desplazamiento 205
Instrumentos basados en características eléctricas del líquido 207
5.2 Medidores de nivel de sólidos 213
Detectores de nivel de punto fijo 214
Detectores de nivel continuos 218
Capítulo 6 Medida de temperatura 223
6.1 Introducción 223
6.2 Termómetro de vidrio 224
6.3 Termómetro bimetálico 225
6.4 Termómetro de bulbo y capilar 225
6.5 Termómetros de resistencia 227
6.6 Termistores 236
6.7 Termopares 237
Leyes, curvas y tablas características, tubos de protección y su selección 237
Circuito galvanométrico 268
Circuito potenciométrico 270
Comparación entre circuitos galvanométricos y potenciométricos 276
Verificación de un instrumento y de un termopar 276
6.8 Pirómetros de radiación 277
Pirómetros ópticos 278
Pirómetro de infrarrojos 279
Pirómetro fotoeléctrico 281
Pirómetros de radiación total 282
6.9 Velocidad de respuesta de los instrumentos de temperatura 296
6.10 Tabla comparativa de características 300
Capítulo 7 Otras variables 301
7.1 Variables físicas 301
Peso 301
Velocidad 307
Tacómetros mecánicos 308
Tacómetros eléctricos 308
Densidad y peso específico 310
Introducción 310
Areómetros 311
Métodos de presión diferencial 312
Método de desplazamiento 314
Refractómetro 315
Método de radiación 316
Método de punto de ebullición 317
Medidor de ultrasonidos 317
Medidores inerciales 319
Medidor de Coriolis 321
Medidores de balanza 322
Humedad y punto de rocío 323
Humedad en aire y gases 324
Humedad en sólidos 327
Punto de rocío 329
Viscosidad y consistencia 334
Introducción 334
Viscosímetros 336
Medidores de consistencia 337
Tabla comparativa 339
Llama 339
Detector de calor 340
Detectores de ionización-rectificación 340
Detectores de radiación 341
Tabla comparativa de detectores 343
Programadores 343
Oxígeno disuelto 346
Turbidez 347
Intensidad de radiación solar 348
7.2 Variables químicas 349
Conductividad 349
pH 353
Redox (potencial de oxidación-reducción) 357
Concentración de gases 358
Conductividad térmica 358
Paramagnetismo del oxígeno 360
Analizador de infrarrojos 362
Capítulo 8 Elementos finales de control 365
Válvulas de control 365
Generalidades 365
Tipos de válvulas 366
Válvula de globo 366
Válvula en ángulo 366
Válvula de tres vías 368
Válvula de jaula 368
Válvula de compuerta 368
Válvula en Y 368
Válvula de cuerpo partido 368
Válvula Saunders 368
Válvula de compresión 369
Válvula de obturador excéntrico rotativo 369
Válvula de obturador cilíndrico excéntrico 369
Válvula de mariposa 369
Válvula de bola 370
Válvula de orificio ajustable 370
Válvula de flujo axial 370
Cuerpo de la válvula 371
Tapa de la válvula 374
Partes internas de la válvula. Obturador y asientos 377
Generalidades 377
Materiales 378
Características de caudal inherente 379
Características de caudal efectivas 382
Selección de la característica de la válvula 385
Corrosión y erosión en las válvulas. Materiales 391
Servomotores 400
Servomotor neumático 400
Servomotor eléctrico 412
Tipos de acciones en las válvulas de control 416
Accesorios 418
Camisa de calefacción 418
Posicionador 419
Volante de accionamiento manual 424
Repetidor 424
Transmisores de posición y microrruptores de final de carrera 425
Válvula de solenoide de tres vías 425
Válvula de enclavamiento 425
Válvula de Kv o Cv o carrera ajustables 427
Dimensionamiento de la válvula. Coeficientes Kv Y Cv 428
Definiciones 428
Fórmula general 429
Líquidos 439
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 472
Amplificador magnético saturable 472
Rectificadores controlados de silicio 474
Válvula inteligente 478
Otros elementos finales de control 478
Capítulo 9 Regulación automática 481
9.1 Introducción 481
9.2 Características del proceso 481
9.3 Sistemas de control neumáticos y eléctricos 487
Control todo-nada 487
Control flotante 488
Control proporcional de tiempo variable 489
Control proporcional 490
Control proporcional + integral 494
Control proporcional + derivado 498
Control proporcional + integral + derivado 502
Cambio automático-manual-automático 504
Tendencias en los instrumentos neumáticos 505
9.4 Sistemas de control electrónicos y digitales 506
Generalidades 506
Control todo-nada 507
Control proporcional de tiempo variable 508
Control proporcional 509
Control integral 512
Control derivativo 513
Control proporcional + integral + derivativo 515
Cambio automático-manual-automático 515
Controladores digitales 515
9.5 Selección del sistema de control 521
9.6 Criterios de estabilidad en el control 523
9.7 Métodos de ajuste de controladores 525
9.8 Otros tipos de control 533
Generalidades 533
Control en cascada 534
Programadores 537
Control de relación 541
Control anticipativo 543
Control de gama partida 547
Control selectivo 548
Control de procesos discontinuos 549
Controladores no lineales 551
Instrumentos auxiliares 552
9.9 Seguridad intrínseca 554
Introducción 554
Nivel de energía de seguridad 555
Mecanismos de la ignición en circuitos de baja tensión 556
Clasificaciones de áreas peligrosas 558
Normas 560
Barreras Zener 560
Barreras galvánicas 562
Factores de seguridad 562
9.10 Control por computador 563
Generalidades 563
Control DDC 565
Control supervisor 568
Control distribuido 570
Sistemas de control avanzado 574
Sistemas expertos 580
Control por redes neuronales 583
Control por lógica difusa (fuzzy) 585
Evolución de la instrumentación 587
Capítulo 10 Calibración de los instrumentos 601
Introducción 601
Errores de los instrumentos. Procedimiento general de calibración 602
Calibración de instrumentos de presión, nivel y caudal 610
Calibración de instrumentos de temperatura 614
Comprobación de válvulas de control 619
Aparatos electrónicos de comprobación 620
Calidad de calibración según Norma ISO 9002 621
Capítulo 11 Aplicaciones en la industria. Esquemas típicos de control 625
Generalidades 625
Calderas de vapor 625
Control de combustión 626
Control de nivel 629
Seguridad de llama 632
Secaderos y evaporadores 632
Horno túnel 635
Columnas de destilación 637
Intercambiadores de calor 638
Control del reactor en una central nuclear 641
Apéndice. Análisis dinámico de los instrumentos 645
A.1 Generalidades 645
A.2 Análisis dinámico de los transmisores 658
Elementos fundamentales 658
Diagrama de bloques, diagrama de Bode y función de transferencia de un transmisor 662
Transmisor neumático 662
Transmisor electrónico 666
Transmisor digital 667
Velocidad de respuesta de los transmisores 667
Transmisores neumáticos 667
Transmisores electrónicos o digitales 670
A.3 Análisis dinámico de los controladores 671
Introducción 671
Acción proporcional 671
Acción proporcional + integral 675
Acción proporcional + derivada 677
Acción proporcional + integral + derivada 686
Ensayo de controladores 689
A.4 Iniciación a la optimización de procesos 692
Generalidades 692
Análisis experimental del proceso 693
Estabilidad 695
A.5 Control avanzado 715
Correctores 715
Control multivariable 717
Control óptimo 718
Control adaptativo 720
Control predictivo 723
Control por redes neuronales 726
Control por lógica difusa 727
Estructuras del control avanzado 730
Referencias 733
Glosario 741