Sistemas de Medición y Control en Procesos Industriales

1. Descripción de Componentes y Funciones

1.1. Control de Rendimiento de Bomba

Una bomba envía señales sobre su rendimiento (potencia, caudal, etc.) a través de una señal eléctrica. Esta señal es recibida por un switch que manipula la fuerza electromotriz (FEM) enviada por la bomba. El objetivo es mantener un punto de ajuste (setpoint) establecido para la bomba.

1.2. Indicador de Diferencial de Temperaturas (TDI)

Un Indicador de Diferencial de Temperaturas (TDI) recibe señales eléctricas independientes de dos transmisores de temperatura (TT1 y TT2). Se busca mantener una proporción específica entre ambos transmisores, ya que podrían estar relacionados con dos caudales distintos en un intercambiador de calor, por ejemplo. Una característica distintiva es que el TDI suele estar montado en un tablero y posee una pantalla compartida para ambas señales, facilitando la supervisión por parte de un operador.

1.3. Indicador Integrado de Tiempo (KQI)

Un Indicador Integrado de Tiempo (KQI) envía una señal eléctrica binaria a una bomba, indicando el momento preciso en el que debe ser accionada para suministrar energía (energía cinética) al fluido entrante. Este sistema es fundamental para la sincronización integrada de una línea de producción.

1.4. Indicador de Presión (PI)

Un Indicador de Presión (PI) puede enviar señales electromagnéticas o sónicas (no guiadas) a un transmisor de presión. Este transmisor, a su vez, envía señales eléctricas a un instrumento discreto o aislado (por ejemplo, de vidrio) diseñado para el seguimiento de la presión. Este tipo de configuración es común en procesos de envío de gas, donde un controlador supervisa la medición electromagnética de presión.

1.5. Transmisor vs. Transductor

Un transmisor tiene la función de enviar una señal o magnitud física de un instrumento a otro. Por otro lado, un transductor, además de poder realizar la misma tarea de transmisión, convierte una magnitud física captada (como temperatura, presión o caudal) en otra señal física. Esta conversión puede ser mecánica (por ejemplo, neumática, entre 3-15 psi) o eléctrica (como 4-20 mA o 0-10 V DC), para que la señal pueda ser captada y procesada por un instrumento de control, que es su uso más común.

2. Ejemplos de Aplicación en Procesos Industriales

2.1. Control de Temperatura en Intercambiador de Calor

En un intercambiador de calor, que recibe dos caudales (por ejemplo, agua y vapor), el objetivo es mantener el agua saliente a una temperatura específica. Para ello, a la salida del intercambiador, un transmisor de temperatura capta la magnitud física de la temperatura del agua y la transforma en una señal eléctrica. Esta señal es enviada a un indicador y controlador de temperatura, que la compara con un setpoint establecido. Cualquier desviación detectada genera una acción correctiva sobre la válvula de vapor, asegurando que el agua alcance el valor deseado del setpoint.

2.2. Control de Caudal en Llenadora de Cerveza

En una llenadora de cerveza, el flujo es controlado por una válvula solenoide que restringe el paso del fluido a través de un tubo Venturi. En este tubo, se realizan mediciones diferenciales de presión para determinar el caudal actual. Dada la capacidad limitada de la llenadora, el caudal debe ser restringido. El tubo Venturi envía una señal eléctrica a un transmisor de caudal, que a su vez envía una señal eléctrica a un Controlador Lógico Programable (PLC). El PLC procesa esta información y genera las señales eléctricas necesarias para controlar la válvula solenoide y, por ende, el caudal.

3. Principios y Tipos de Instrumentos de Medición

3.1. Tubo Bourdon para Medición de Presión

Este instrumento consiste en un tubo metálico, generalmente de sección elíptica, que se encuentra inicialmente deformado. Está conectado a un elemento (como un transductor o una válvula) que le suministra un fluido a cierta presión. El efecto de la presión del fluido en el tubo provoca que este tienda a enderezarse. Cuanto mayor sea la presión, mayor será la deformación del tubo. Ambas variables, deformación y presión, son directamente proporcionales, y su relación está tabulada, lo que permite que, al sufrir una determinada deformación, el tubo indique una presión asociada. Este principio es la base del tubo Bourdon.

3.2. Medidores de Caudal Basados en el Principio de Bernoulli

Estos instrumentos determinan el caudal basándose en la ecuación de Bernoulli. Su funcionamiento implica generar alteraciones controladas en la presión del caudal y estudiar dicha variación. Es importante destacar que, una vez medido, el caudal regresa a las condiciones previas al medidor diferencial de presión. Ejemplos comunes de este tipo de medidores incluyen la tobera, el tubo Pitot y la placa de orificio.

3.3. Tipos de Sensores de Presión

• Capacitivo: Consiste en dos capacitores contiguos: uno fijo (de referencia) y otro con una placa compuesta por un diafragma, que es variable. Al recibir presión sobre el capacitor variable, la variación registrada se estandariza con una presión asociada.
• Galgas Extensiométricas: Se componen de una placa elástica a la que se le adhiere una resistencia. Al recibir una presión, la placa se expande junto con la resistencia, lo que provoca una variación en su área y longitud, y consecuentemente, en su resistencia. La resistencia varía en función de la deformación.
• Resistivo (con Tubo Bourdon): Un tubo Bourdon se acopla a un juego de palancas que están en contacto con un reóstato. A medida que el tubo se deforma, la resistencia del reóstato varía. La relación entre resistencia y presión está preestablecida.

Es importante señalar que en los tres tipos de instrumentos mencionados, se requiere una corriente eléctrica circulando para su funcionamiento.

3.4. Rotámetro (Medidor de Caudal de Área Variable)

Este instrumento consiste en un recipiente en forma de cono con un elemento «flotador» (a menudo cilíndrico o con forma de cono invertido) en su interior. El caudal fluye verticalmente hacia arriba, empujando el flotador con mayor fuerza a medida que aumenta la velocidad del fluido. Cuanto mayor sea la velocidad, mayor será el área anular por la cual el fluido puede pasar. El caudal se determina por la altura a la que se estabiliza el flotador, la cual se lee en una escala graduada (a mayor altura, mayor caudal).

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