Instrumentacion industrial creus 8th

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8ª EDICIÓN
INSTRUMENTACIÓN
INDUSTRIAL
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8ª EDICIÓN
INSTRUMENTACIÓN
INDUSTRIAL
Antonio Creus Solé
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Instrumentación industrial
Antonio Creus Solé
ISBN: 978-84-267-1668-2, edición en español publicada por MARCOMBO, S.A., Barcelona, España
Derechos reservados © MARCOMBO, S.A.
Octava edición: Alfaomega Grupo Editor, México, septiembre 2010
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ISBN: 978-607-707-042-9
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Datos catalográficos
Creus, Antonio
Instrumentación industrial
Octava Edición
Alfaomega Grupo Editor, S.A. de C.V., México
ISBN: 978-607-707-042-9
Formato: 17 x 23 cm Páginas: 792
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Índice analítico
1. Generalidades.................................................................................... 1
1.1 Introducción...................................................................................................................1
1.2 DeÀniciones en control ................................................................................................3
1.2.1 Campo de medida .................................................................................................................... 4
1.2.2 Alcance....................................................................................................................................... 4
1.2.3 Error........................................................................................................................................... 5
1.2.4 Incertidumbre de la medida.................................................................................................... 6
1.2.5 Exactitud.................................................................................................................................. 14
1.2.6 Precisión .................................................................................................................................. 16
1.2.7 Zona muerta............................................................................................................................ 16
1.2.8 Sensibilidad.............................................................................................................................. 16
1.2.9 Repetibilidad............................................................................................................................ 16
1.2.10 Histéresis................................................................................................................................ 17
1.2.11 Otros términos ..................................................................................................................... 18
1.2.12 Ejemplos generales de características de instrumentos.................................................. 20
1.3 Clases de instrumentos...............................................................................................21
1.3.1 En función del instrumento.................................................................................................. 22
1.3.2 En función de la variable de proceso.................................................................................. 26
1.3.3 Código de identiÀcación de los instrumentos.................................................................... 26
2. Transmisores................................................................................... 63
2.1 Generalidades ..............................................................................................................63
2.2 Transmisores neumáticos...........................................................................................64
2.3 Transmisores electrónicos..........................................................................................65
2.4 Transmisores digitales.................................................................................................66
2.4.1 Transmisor inteligente capacitivo......................................................................................... 67
2.4.2 Transmisor inteligente piezoresistivo .................................................................................. 67
2.4.3 Ventajas e inconvenientes...................................................................................................... 68
2.5 Transmisión de señales por radio..............................................................................71
2.6 Comunicaciones ..........................................................................................................72
2.6.1 Protocolos serie ...................................................................................................................... 72
2.6.2 Protocolos híbridos................................................................................................................ 74
2.6.3 Protocolos abiertos ................................................................................................................ 76
2.7 Tabla comparativa de transmisores...........................................................................88
3. Medidas de presión ......................................................................91
3.1 Unidades y clases de presión......................................................................................91
3.2 Elementos mecánicos .................................................................................................92
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3.3 Elementos electromecánicos......................................................................................96
3.4 Elementos electrónicos de vacío............................................................................ 100
4. Medidas de caudal .........................................................................105
4.1 Medidores volumétricos .......................................................................................... 106
4.1.1 Instrumentos de presión diferencial..................................................................................106
4.1.2 Área variable (rotámetros)...................................................................................................143
4.1.3 Velocidad................................................................................................................................153
4.1.4 Fuerza (medidor de placa)...................................................................................................161
4.1.5 Tensión inducida (medidor magnético).............................................................................162
4.1.6 Desplazamiento positivo.....................................................................................................175
4.1.7 Remolino y vórtex................................................................................................................179
4.2 Medidores de caudal masa....................................................................................... 182
4.2.1 Medidores volumétricos compensados.............................................................................182
4.2.2 Medidores térmicos de caudal............................................................................................185
4.2.3 Anemómetro de hilo caliente .............................................................................................186
4.2.4 Medidor de Coriolis .............................................................................................................189
4.3 Comparación de características de los medidores de caudal.............................. 193
5. Medición de nivel...........................................................................195
5.1 Medidores de nivel de líquidos .............................................................................. 195
5.1.1 Instrumentos de medida directa.........................................................................................196
5.1.2 Instrumentos basados en la presión hidrostática.............................................................200
5.1.3 Instrumento basado en el desplazamiento ......................................................................208
5.1.4 Instrumentos basados en características eléctricas del líquido......................................211
5.1.5 Medidor de nivel de ultrasonidos.......................................................................................215
5.1.6 Medidor de nivel de radar o microondas .........................................................................217
5.1.7 Medidor de nivel de radiación ............................................................................................220
5.1.8 Medidor de nivel láser .........................................................................................................223
5.1.9 Otros fenómenos..................................................................................................................224
5.1.10 Medidor másico de nivel ...................................................................................................225
5.2 Medidores de nivel de sólidos................................................................................. 226
5.2.1 Detectores de nivel de punto Àjo.......................................................................................228
5.2.2 Detectores de nivel continuos ............................................................................................230
6. Medida de temperaturas................................................................235
6.1 Introducción.............................................................................................................. 235
6.2 Termómetro de vidrio.............................................................................................. 236
6.3 Termómetro bimetálico........................................................................................... 236
6.4 Termómetros de bulbo y capilar ............................................................................ 237
6.5 Termómetros de resistencia ................................................................................... 240
6.6 Termistores................................................................................................................ 251
6.7 Sensores de temperatura de semiconductor......................................................... 253
6.8 Termopares ............................................................................................................... 254
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6.8.1 Leyes, curvas y tablas características, tubos de protección y su selección...................254
6.8.2 Compensación de la unión fría...........................................................................................294
6.8.3 Circuitos galvanométrico, potenciómetrico y digital.......................................................295
6.8.4 VeriÀcación de un instrumento y de un termopar ..........................................................297
6.8.5 Normas técnicas ..................................................................................................................298
6.9 Pirómetros de radiación .......................................................................................... 299
6.9.1 Pirómetros ópticos de desaparición de Àlamento ...........................................................302
6.9.2 Pirómetro de infrarrojos......................................................................................................302
6.9.3 Pirómetro fotoeléctrico ......................................................................................................303
6.9.4 Pirómetro de dos colores ....................................................................................................305
6.9.5 Pirómetro de radiación total...............................................................................................306
6.9.6 Otros fenómenos ................................................................................................................309
6.10 Velocidad de respuesta de los instrumentos de temperatura........................... 310
6.11 Tabla comparativa de características.................................................................... 314
7. Otras variables................................................................................317
7.1 Variables físicas ......................................................................................................... 317
7.1.1 Peso.........................................................................................................................................317
7.1.2 Velocidad................................................................................................................................323
7.1.3 Densidad y peso especíÀco.................................................................................................326
7.1.4 Humedad y punto de rocío.................................................................................................338
7.1.5 Viscosidad y consistencia ....................................................................................................351
7.1.6 Llama......................................................................................................................................359
7.1.7 Oxígeno disuelto...................................................................................................................364
7.1.8 Turbidez.................................................................................................................................366
7.1.9 Intensidad de radiación solar..............................................................................................367
7.2 Variables químicas .................................................................................................... 368
7.2.1 Conductividad en medio líquido........................................................................................368
7.2.2 pH...........................................................................................................................................370
7.2.3 Redox (potencial de oxidación-reducción) .......................................................................374
7.2.4 Concentración de gases.......................................................................................................376
8. Elementos Ànales de control .........................................................381
8.1 Válvulas de control................................................................................................... 381
8.1.1 Generalidades........................................................................................................................381
8.1.2 Tipos de válvulas ..................................................................................................................382
8.1.3 Cuerpo de la válvula.............................................................................................................388
8.1.4 Tapa de la válvula o casquete..............................................................................................390
8.1.5 Partes internas de la válvula. Obturador y asientos.........................................................395
8.1.6 Corrosión y erosión en las válvulas. Materiales ...............................................................396
8.1.7 Características de la válvula.................................................................................................402
8.1.8 Servomotores........................................................................................................................414
8.1.9 Accesorios..............................................................................................................................435
8.1.10 Válvula inteligente..............................................................................................................446
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8.1.11 Dimensionamiento de la válvula. CoeÀcientes Cv y Kv .............................................447
8.1.12 Ruido en las válvulas de control.......................................................................................485
8.2 Otros elementos Ànales de control........................................................................ 493
8.2.1 RectiÀcadores controlados de silicio .................................................................................493
8.2.2 Bombas dosiÀcadoras..........................................................................................................496
8.2.3 Actuadores de velocidad variable.......................................................................................497
8.2.4 Elementos Ànales varios .....................................................................................................497
9. Regulación automática ..................................................................499
9.1 Introducción.............................................................................................................. 499
9.2 Características del proceso ...................................................................................... 499
9.3 Tipos de control........................................................................................................ 504
9.3.1 Control todo-nada................................................................................................................504
9.3.2 Control Áotante ...................................................................................................................506
9.3.3 Control proporcional de tiempo variable ........................................................................506
9.3.4 Control proporcional ..........................................................................................................507
9.3.5 Control proporcional + integral.........................................................................................510
9.3.6 Control proporcional + derivado.......................................................................................512
9.3.7 Control proporcional + integral + derivado....................................................................514
9.4 Controladores neumáticos ...................................................................................... 515
9.5 Controladores electrónicos ..................................................................................... 516
9.5.1 Controlador todo-nada........................................................................................................517
9.5.2 Control proporcional de tiempo variable .........................................................................518
9.5.3 Control proporcional...........................................................................................................518
9.5.4 Control proporcional + integral.........................................................................................519
9.5.5 Control proporcional + derivado.......................................................................................520
9.5.6 Control proporcional + integral + derivado....................................................................521
9.6 Controladores digitales ............................................................................................ 522
9.6.1 Componentes........................................................................................................................522
9.6.2 Algoritmos.............................................................................................................................524
9.6.3 Controlador digital universal...............................................................................................527
9.7 Selección del sistema de control ............................................................................ 529
9.8 Criterios de estabilidad en el control .................................................................... 530
9.9 Métodos de ajuste de controladores...................................................................... 532
9.10 Otros tipos de control ........................................................................................... 545
9.10.1 Generalidades......................................................................................................................545
9.10.2 Control en cascada ............................................................................................................546
9.10.3 Programadores....................................................................................................................550
9.10.4 Control de relación.............................................................................................................551
9.10.5 Control anticipativo ...........................................................................................................552
9.10.6 Control de gama partida ...................................................................................................555
9.10.7 Control selectivo.................................................................................................................556
9.10.8 Control de procesos discontinuos ...................................................................................557
9.10.9 Controladores no lineales .................................................................................................559
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9.10.10 Instrumentos auxiliares ...................................................................................................561
9.11 Seguridad intrínseca y funcional........................................................................... 563
9.11.1 Introducción........................................................................................................................563
9.11.2 Nivel de energía de seguridad y mecanismos de la ignición ........................................564
9.11.3 ClasiÀcaciones de áreas peligrosas...................................................................................567
9.11.4 Normas ...............................................................................................................................568
9.11.5 Barreras Zener ...................................................................................................................569
9.11.6 Barreras galvánicas ............................................................................................................571
9.11.7 Factores de seguridad .......................................................................................................571
9.11.8 Seguridad funcional de los instrumentos........................................................................572
9.12 Control por ordenador ......................................................................................... 576
9.12.1 Generalidades......................................................................................................................576
9.12.2 Control DDC .....................................................................................................................579
9.12.3 Control supervisor (SPC)..................................................................................................581
9.12.4 Control distribuido (DCS) ................................................................................................583
9.13 Sistemas de control avanzado............................................................................... 590
9.13.1 Generalidades......................................................................................................................590
9.13.2 Correctores..........................................................................................................................595
9.13.3 Control robusto..................................................................................................................597
9.13.4 Control linealizador global ...............................................................................................598
9.13.5 Control estadístico del proceso (SPC).............................................................................599
9.13.6 Control multivariable ........................................................................................................602
9.13.7 Control óptimo...................................................................................................................603
9.13.8 Control adaptativo..............................................................................................................606
9.13.9 Control predictivo..............................................................................................................610
9.13.10 Sistemas expertos ............................................................................................................613
9.13.11 Control por redes neuronales.........................................................................................615
9.13.12 Control por lógica difusa ................................................................................................619
9.14 Control integrado ................................................................................................... 623
9.14.1 Generalidades......................................................................................................................623
9.14.2 Sistema de control básico, control distribuido y control avanzado............................625
9.14.3 Gestión de alarmas.............................................................................................................627
9.14.4 Sistema de gestión de laboratorio....................................................................................628
9.14.5 Sistema de gestión de la producción ...............................................................................629
9.14.6 Red de comunicaciones.....................................................................................................629
9.14.7 Sistema de gestión de seguridad de la planta .................................................................633
9.14.8 Sistema de gestión de la calidad (ISO 9000:2000).........................................................634
9.14.9 Estándar OPC de intercambio de datos de proceso.....................................................636
9.14.10 Gestión de calibraciones .................................................................................................638
10. Calibración de los instrumentos ..................................................643
10.1 Generalidades.......................................................................................................... 643
10.2 Errores de los instrumentos. Procedimiento general de calibración.............. 644
10.3 Calibración de instrumentos de presión, caudal y nivel ................................... 647
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10.3.1 Presión .................................................................................................................................647
10.3.2 Caudal...................................................................................................................................650
10.3.3 Nivel .....................................................................................................................................652
10.4 Calibración de instrumentos de temperatura..................................................... 653
10.4.1 Pirómetros de radiación ....................................................................................................656
10.4.2 Transmisores de temperatura inteligentes ......................................................................656
10.4.3 Calibradores universales de temperatura ........................................................................657
10.5 Calibración de válvulas de control....................................................................... 657
10.6 Calibración de instrumentos digitales.................................................................. 660
10.6.1 Controlador universal o multifunción.............................................................................660
10.6.2 Resto de instrumentos de la planta..................................................................................661
10.7 Mantenimiento de instrumentos.......................................................................... 662
10.8 Normativa de calidad ISO 9000:2000 aplicada a la instrumentación............. 666
10.8.1 ISO 9001..............................................................................................................................667
11. Aplicaciones en la industria. Esquemas típicos de control .........671
11.1 Generalidades.......................................................................................................... 671
11.2 Calderas de vapor ................................................................................................... 671
11.2.1 Generalidades......................................................................................................................671
11.2.2 Control de combustión......................................................................................................672
11.2.3 Control de nivel..................................................................................................................675
11.2.4 Seguridad de llama .............................................................................................................677
11.3 Secaderos y evaporadores .................................................................................... 678
11.4 Horno túnel ............................................................................................................ 680
11.5 Columnas de destilación ....................................................................................... 681
11.6 Intercambiadores de calor .................................................................................... 683
11.7 Control del reactor en una central nuclear ........................................................ 685
Apéndice A. Análisis dinámico de los instrumentos.........................689
A.1 Generalidades .......................................................................................................... 689
A.2 Funciones elementales de excitación.................................................................... 695
A.2.1 Escalón unidad u(t) ............................................................................................................695
A.2.2 Impulso unidad....................................................................................................................695
A.2.3 Respuesta impulsional.........................................................................................................695
A.2.4 Respuesta indicial ................................................................................................................696
A.2.5 Respuesta ante una entrada en rampa ..............................................................................696
A.2.6 Respuesta ante una entrada senoidal ................................................................................698
A.3 Análisis dinámico de los transmisores ................................................................. 702
A.3.1 Elementos fundamentales..................................................................................................702
A.3.2 Diagrama de bloques, diagrama de Bode y función de
transferencia de un transmisor .........................................................................................702
A.4 Análisis dinámico de los controladores ............................................................... 705
A.4.1 Introducción ........................................................................................................................705
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A.4.2 Acción proporcional ..........................................................................................................706
A.4.3 Acción proporcional + integral.........................................................................................711
A.4.4 Acción proporcional + derivada .......................................................................................713
A.4.5 Acción proporcional + integral + derivada.....................................................................715
A.4.6 Control PID en el diagrama de Nyquist..........................................................................718
A.4.7 Ensayo de controladores ...................................................................................................719
A.5 Iniciación a la optimización de procesos ............................................................ 722
A.5.1 Generalidades ......................................................................................................................722
A.5.2 Análisis experimental del proceso ....................................................................................722
A.5.3 Estabilidad ...........................................................................................................................724
A.5.4 Criterios de ajuste en el diagrama de Bode......................................................................725
A.5.5 Criterios de ajuste en el diagrama de Nyquist.................................................................729
A.5.6 Ábaco de Nichols y curva de desviación ........................................................................736
Apéndice B. Evolución de la instrumentación..................................741
B.1 Inicios - Instrumentos locales y neumáticos........................................................ 741
B.2 Instrumentos electrónicos - Convencionales y de alta densidad ...................... 742
B.3 Computadores .......................................................................................................... 744
B.4 Control distribuido................................................................................................... 746
B.5 Control avanzado y transmisores inteligentes...................................................... 748
B.6 Ergonomía................................................................................................................. 748
B.7 Comunicaciones ....................................................................................................... 749
B.8 Futuro ........................................................................................................................ 750
Glosario..............................................................................................755
Bibliografía ........................................................................................767
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xiii
Prólogo a la octava edición
La primera edición de este libro apareció en el año 1979, la segunda en 1981, la tercera en
1985, la cuarta en 1989, la quinta en 1993, la sexta en 1997 y la sépƟma en 2005. Durante
estos años, las novedades incorporadas en la industria fueron el perfeccionamiento del
control distribuido, aparecido inicialmente en 1975, la aparición del transmisor inteligen-
te digital en 1986, la aplicación masiva del microprocesador, en todos los campos de la
industria, con las espectaculares mejoras en los instrumentos de medición y control que
de una precisión en la variable medida clásica del ± 0,5% han pasado al ±0,1%, el perfec-
cionamiento del control avanzado, del control por redes neuronales, del control por lógica
difusa y el avance de las comunicaciones hacia protocolos abiertos.
En la sépƟma edición se revisaron las deĮniciones de control y el resumen de las nor-
mas ISA e ISO de idenƟĮcación de instrumentos en el capítulo 1, las comunicaciones en
el capítulo 2 y, en el capítulo 9, se agruparon el control por computador con el control
avanzado incluyendo su análisis dinámico y se añadió el control integrado con todos sus
componentes de gesƟón de alarmas y de seguridad de la planta. Se incluyó un resumen de
la norma de calidad ISO 9000 del año 2000 y se actualizó el capítulo 10 de calibración de
los instrumentos, trasladando al apéndice la evolución de la instrumentación y añadiendo
hojas representaƟvas de especiĮcaciones de instrumentos.
En esta edición actual se han revisado todos los capítulos, en parƟcular el primero en la
parte de incerƟdumbre y exacƟtud de la medida, el segundo en la parte de comunicacio-
nes, el sexto en pirómetros y en las tablas de termopares y el capítulo 8 en el dimensio-
namiento de las válvulas de control. Se ha conservado el texto de las ediciones anteriores,
ampliándolo con los nuevos instrumentos y técnicas aparecidas en el mercado y se ha
reducido el estudio de la instrumentación neumáƟca y electrónica, en favor de la digital.
Se han conservado las explicaciones básicas de los instrumentos electrónicos y el punto
de vista de considerar el instrumento dotado de microprocesador con sus algoritmos de
control como una “caja negra” que se comporta igual que un instrumento convencional
neumáƟco o electrónico pero, lógicamente, proporcionando unas mejores prestaciones.
En lo posible se han incluido fotos de instrumentos reales junto con los esquemas para que
el lector pueda idenƟĮcarlos en planta.
Antonio CREUS
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xv
Prólogo
Los instrumentos de control están universalmente aceptados. Hoy en día, es inimaginable
la existencia de una industria moderna sin instrumentos. Y, aunque exisƟera, las necesida-
des, que crea el mercado, de obtener productos terminados con las garanơas de calidad
exigidas y en la canƟdad suĮciente para que el precio obtenido sea compeƟƟvo, forzarían
a modiĮcar esta hipotéƟca industria, incluyendo en la transformación subsiguiente la au-
tomaƟzación del proceso mediante los instrumentos de medición y control.
En la industria se presenta pues, repeƟdamente, la necesidad de conocer y entender el
funcionamiento de los instrumentos y el papel que juegan dentro del control del proceso.
Así le ocurre al jefe o al operador del proceso, al proyecƟsta y a su ingeniería, al estudiante
y a cualquier persona que esté relacionada o vaya a relacionarse con el proceso, sin men-
cionar, como es lógico, al instrumenƟsta o al técnico en instrumentos para quienes el tema
es la esencia de su profesión.
A todas estas personas va dirigido este libro que ha sido escrito exponiendo los aspectos
más interesantes para el técnico que, aunque no sea especialista en instrumentos, tenga
la necesidad de conocer parte o todo el campo de la instrumentación industrial. Desde
este punto de vista he intentado que los temas expuestos sean fácilmente inteligibles para
el lector, aunque no tenga una preparación previa en instrumentación, con la excepción,
naturalmente, de las partes de la obra dedicadas al análisis dinámico de los instrumentos,
en las que se precisa una base matemáƟca, que no obstante se facilita en forma resumida
en el Apéndice A para referencia del lector.
La obra consta de once capítulos y de dos apéndices. En el primer capítulo se examinan los
términos que deĮnen a los instrumentos y un código para su idenƟĮcación.
En el segundo capítulo se estudian los transmisores y los sistemas de comunicaciones.
En los capítulos 3, 4, 5, 6 y 7 se estudian las variables medidas y controladas en los pro-
cesos industriales, en parƟcular las que son consideradas más importantes, la presión, el
caudal, el nivel y la temperatura.
En el capítulo 8 se estudian los elementos Įnales de control que consƟtuyen una de las
partes más importantes del control, en parƟcular, las válvulas. Se describen sus elementos
y se deducen las fórmulas de cálculo correspondientes.
La parte más importante de la obra está dedicada al control automáƟco en el capítulo 9.
Describe los sistemas de control uƟlizados explicando los conceptos del control proporcio-
nal, integral y derivaƟvo con sus valores consignados en el instrumento. Este capítulo exa-
mina, además, otros Ɵpos de control que consƟtuyen mejoras de los clásicos PID y, entre
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xvi
los que se encuentran, el control avanzado, la seguridad intrínseca y funcional, el control
distribuido, el control integrado, etc.
En el capítulo 10 se describen los errores propios de los instrumentos, un sistema general de
calibración y una descripción de los instrumentos de comprobación o patrones uƟlizados.
Finalmente, en el capítulo 11 Įguran varias aplicaciones ơpicas en la industria para pre-
sentar al lector ejemplos que le permitan hacerse una idea de las múlƟples aplicaciones
de los instrumentos y su papel dentro del proceso. Este capítulo se limita, naturalmente,
a estudiar sólo unos pocos procesos y todavía de forma simple, ya que un estudio exhaus-
Ɵvo requeriría una obra dedicada exclusivamente a esta parte de las aplicaciones, lo que
queda, como es lógico, fuera de los límites de este libro.
Un apéndice dedicado al análisis dinámico de los instrumentos, a la evolución de la instru-
mentación y a la presentación de hojas de especiĮcaciones de instrumentos completan la
obra. Permite al lector familiarizarse con los términos empleados en el análisis armónico,
estudia el control desde el punto de vista dinámico, lo que permite deducir un camino en el
cual están basados los criterios establecidos para el ajuste adecuado de los controladores
y las técnicas del control avanzado. Se incluye una descripción de la evolución que ha ido
experimentando la instrumentación en los úlƟmos años de acuerdo con la industria, con la
que ha ido avanzando paralelamente. Finalmente, y como material adicional, se incluyen
ejemplos ơpicos de hojas de especiĮcación de instrumentos.
Espero que la obra cumplirá su objeƟvo, contribuyendo a la mejor comprensión de la ins-
trumentación, y que ayudará, conjuntamente con la bibliograİa existente sobre el tema, a
un mayor entendimiento entre el personal de proceso y el de instrumentación, al posibili-
tar el mejor conocimiento del papel que los instrumentos juegan en la industria, así como
de sus limitaciones, que forzosamente las Ɵenen al ser, en realidad, disposiƟvos mecáni-
cos, electrónicos o digitales.
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Capítulo 1. Generalidades
1
Capítulo 1
Generalidades
1.1 Introducción
Los procesos industriales exigen el control de la fabricación de los diversos productos obtenidos.
Los procesos son muy variados y abarcan muchos Ɵpos de productos: la fabricación de los pro-
ductos derivados del petróleo, de los productos alimenƟcios, la industria cerámica, las centrales
generadores de energía, la siderurgia, los tratamientos térmicos, la industria papelera, la industria
texƟl, etc.
En todos estos procesos, es absolutamente necesario controlar y mantener constantes algunas mag-
nitudes, tales como la presión, el caudal, el nivel, la temperatura, el pH, la conducƟvidad, la velocidad,
la humedad, el punto de rocío, etc. Los instrumentos de medición y control permiten el mantenimien-
to y la regulación de estas constantes en condiciones más idóneas que las que el propio operador
podría realizar.
En los inicios de la era industrial, la operatoria de los procesos se llevaba a cabo con un control ma-
nual de estas variables uƟlizando sólo instrumentos simples, manómetros, termómetros, válvulas
manuales, etc., control que era suĮciente por la relaƟva simplicidad de los procesos. Sin embargo,
la gradual complejidad con qué éstos se han ido desarrollando ha exigido su automaƟzación pro-
gresiva por medio de los instrumentos de medición y control. Estos instrumentos han ido liberando
al personal de campo de su función de actuación İsica directa en la planta y, al mismo Ɵempo, le
han permiƟdo una labor única de supervisión y de vigilancia del proceso desde centros de control
situados en el propio proceso o bien en salas aisladas separadas; asimismo, gracias a los instrumen-
tos, ha sido posible fabricar productos complejos en condiciones estables de calidad y de caracte-
rísƟcas, condiciones que al operario le serían imposibles o muy diİciles de conseguir, realizando
exclusivamente un control manual.
Los procesos industriales a controlar pueden dividirse ampliamente en dos categorías: procesos
conƟnuos y procesos disconƟnuos. En general, en ambos Ɵpos deben mantenerse las variables
(presión, caudal, nivel, temperatura, etc.), bien en un valor deseado Įjo, bien en un valor variable
con el Ɵempo de acuerdo con una relación predeterminada, o bien guardando una relación deter-
minada con otra variable.
El sistema de control que permite este mantenimiento de las variables puede deĮnirse como aquel
que compara el valor de la variable, o condición a controlar, con un valor deseado y toma una acción
de corrección de acuerdo con la desviación existente sin que el operario intervenga en absoluto.
El sistema de control exige pues, para que esta comparación y subsiguiente corrección sean posi-
bles, que se incluya una unidad de medida, una unidad de control, un elemento Įnal de control y
el propio proceso. Este conjunto de unidades forman un bucle o lazo que recibe el nombre de lazo
de control. El lazo puede ser abierto o bien cerrado (Įgura 1.1).
En el lazo de control abierto de la Įgura 1.1 el operador ajusta la válvula manual en la forma que
cree conveniente para igualar el caudal del líquido de salida con el de entrada. Si los caudales de
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Instrumentación Industrial
2
entrada y salida son muy diferentes con picos de consumo desiguales, al operador le será diİcil
mantener un nivel constante de modo que tendrá que hacer ajustes con frecuencia. En cambio,
en el control de lazo cerrado, una vez ajustada la posición del vástago de la válvula de control con
la varilla del índice del Ňotador, el propio sistema se encargará de mantener el nivel en el punto
deseado. Si en algún momento se presentan picos de caudal en la entrada, el nivel aumentará, con
lo cual, la válvula de control abrirá para aumentar el caudal de salida y mantener así un nivel con-
trolado, independientemente de la actuación del operador.
Figura 1.1 Control de nivel en lazo abierto y lazo cerrado
Otro ejemplo de lazo abierto es el calentamiento de agua en un tanque mediante una resistencia
eléctrica sumergida. Los procesos con constantes de Ɵempo importantes o con retardos conside-
rables son adecuados para el control en lazo abierto. La principal desventaja del lazo abierto es la
pérdida de exacƟtud. No hay garanơa de que la entrada manual al proceso sea la adecuada para
llevar la variable al punto de consigna deseado. Otro ejemplo de lazo cerrado representaƟvo lo
consƟtuye la regulación de temperatura en un intercambiador de calor (Įgura 1.2).
En ocasiones, el control de lazo cerrado debe operar en lazo abierto, tal como puede ocurrir en
el arranque de procesos por parte de un operador experimentado con un buen conocimiento del
proceso. El operador, en base a su experiencia, abrirá o cerrará el elemento Įnal de control (válvula
de control, etc.) más allá de lo que lo haría un lazo cerrado de control, con lo que conseguirá una
mayor velocidad en la variable y alcanzar el punto de consigna en menos Ɵempo.
En ambos casos se observa que existen elementos deĮnidos como el elemento de medida, el trans-
misor, el controlador, el indicador, el registrador y el elemento Įnal.
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Figura 1.2 Lazo cerrado de control de un intercambiador de calor
Si se desea que el proceso tenga velocidad y exacƟtud en alcanzar el valor de la variable deseada
(punto de consigna) deben aplicarse simultáneamente el control de lazo abierto y el cerrado, lo
que consƟtuye el llamado control anƟcipaƟvo (feedforward). Este Ɵpo de control uƟliza un modelo
matemáƟco que actúa inicialmente como un operador experto (lazo abierto) y que de acuerdo
con los resultados obtenidos en la variable, realiza correcciones adicionales que corresponden al
control de lazo cerrado.
Por ejemplo, un coche equipado con un control de velocidad y con un sistema de radar que cap-
te los cambios de pendiente en la carretera, aumentará su velocidad para impedir que el coche
reduzca su velocidad al pasar del llano a una subida. Sin el radar, el controlador de velocidad del
coche no puede saber que el coche necesita ser acelerado hasta que la velocidad ha disminuido al
empezar la subida.
1.2 Definiciones en control
Los instrumentos de control empleados en las industrias de proceso tales como química, petro-
química, alimenƟcia, metalúrgica, energéƟca, texƟl, papel, etc., Ɵenen su propia terminología; los
términos empleados deĮnen las caracterísƟcas propias de medida y de control y las estáƟcas y
dinámicas de los diversos instrumentos uƟlizados:
• Indicadores, registradores, controladores, transmisores y válvulas de control.
La terminología empleada se ha uniĮcado con el Įn de que los fabricantes, los usuarios y los orga-
nismos o enƟdades que intervienen directa o indirectamente en el campo de la instrumentación
industrial empleen el mismo lenguaje. Las deĮniciones de los términos empleados se relacionan
con las sugerencias hechas por ANSI/ISA-S51.1-1979 (R 1993) aprobadas el 26 de mayo de 1995.
Se representan en la Įgura 1.3 y son las siguientes (Įguran entre paréntesis los términos ingleses
equivalentes).
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1.2.1 Campo de medida
El campo de medida (range) es el espectro o conjunto de valores de la variable medida que están
comprendidos dentro de los límites superior e inferior de la capacidad de medida, de recepción o
de transmisión del instrumento. Viene expresado estableciendo los dos valores extremos.
Ejemplo: un manómetro de intervalo de medida 0- 10 bar, un transmisor de presión electrónico de
0-25 bar con señal de salida 4-20 mA c.c. o un instrumento de temperatura de 100-300 °C.
Otro término derivado es el de dinámica de medida o rangeabilidad (rangeability), que es el co-
ciente entre el valor de medida superior e inferior de un instrumento. Por ejemplo, una válvula de
control lineal que regule linealmente el caudal desde el 2% hasta el 100% de su carrera tendrá una
rangeabilidad de 100/2 = 50.
Figura 1.3 Definiciones de los instrumentos
1.2.2 Alcance
El alcance (span) es la diferencia algebraica entre los valores superior e inferior del campo de me-
dida del instrumento. En los ejemplos anteriores es de 10 bar para el manómetro, de 25 bar para el
transmisor de presión y de 200 °C para el instrumento de temperatura.
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1.2.3 Error
El error de la medida es la desviación que presentan las medidas prácƟcas de una variable de pro-
ceso con relación a las medidas teóricas o ideales, como resultado de las imperfecciones de los
aparatos y de las variables parásitas que afectan al proceso. Es decir:
Error = Valor leído en el instrumento - Valor ideal de la variable medida
El error absoluto es:
Error absoluto = Valor leído - Valor verdadero
El error relaƟvo representa la calidad de la medida y es:
Error relativo = Error absoluto / Error verdadero
Si el proceso está en condiciones de régimen permanente existe el llamado error estáƟco. En con-
diciones dinámicas el error varía considerablemente debido a que los instrumentos Ɵenen caracte-
rísƟcas comunes a los sistemas İsicos: absorben energía del proceso y esta transferencia requiere
cierto Ɵempo para ser transmiƟda, lo cual da lugar a retardos en la lectura del aparato. Siempre
que las condiciones sean dinámicas, exisƟrá en mayor o menor grado el llamado error dinámico
(diferencia entre el valor instantáneo y el indicado por el instrumento): su valor depende del Ɵpo
de Ňuido del proceso, de su velocidad, del elemento primario (termopar, bulbo y capilar), de los
medios de protección (vaina), etc. El error medio del instrumento es la media aritméƟca de los
errores en cada punto de la medida determinados para todos los valores crecientes y decrecientes
de la variable medida.
Cuando una medición se realiza con la parƟcipación de varios instrumentos, colocados unos a con-
Ɵnuación de otros, el valor Įnal de la medición estará consƟtuido por los errores inherentes a cada
uno de los instrumentos. Si el límite del error relaƟvo de cada instrumento es ± a, ± b, ± c, ± d, etc.,
el máximo error posible en la medición será la suma de los valores anteriores, es decir:
+ (a + b + c + d + ...)
Ahora bien, como es improbable que todos los instrumentos tengan al mismo Ɵempo su error
máximo en todas las circunstancias de la medida, suele tomarse como error total de una medición
la raíz cuadrada de la suma algebraica de los cuadrados de los errores máximos de los instrumen-
tos, es decir, la expresión:
2 2 2 2
...a b c dr
Por ejemplo, el error obtenido al medir un caudal con un diafragma, un transmisor electrónico de
4-20 mA c.c., un receptor y un integrador electrónicos es de:
Elementos del lazo Errores
Diafragma 2%
Transmisor electrónico de 4-20 mA c.c. 0,50%
Receptor electrónico 0,50%
Integrador electrónico 0,50%
Error total de la medición
2 2 2 2
2 0,5 0,5 0,5 = 2,18%
Tabla 1.1 Error de medida de caudal
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Figura 1.4 Medida de caudal con varios instrumentos
1.2.4 Incertidumbre de la medida
Cuando se realiza una operación de calibración, se compara el instrumento a calibrar con un apara-
to patrón para averiguar si el error (diferencia entre el valor leído por el instrumento y el verdadero
valor medido con el aparato patrón) se encuentra dentro de los límites dados por el fabricante del
instrumento. Como el aparato patrón no permite medir exactamente el valor verdadero (también
Ɵene un error) y como además en la operación de comparación intervienen diversas fuentes de
error, no es posible caracterizar la medida por un único valor, lo que da lugar a la llamada incerƟ-
dumbre de la medida o incerƟdumbre (uncertainty).
Entre las fuentes de incerƟdumbre se encuentran:
• InŇuencia de las condiciones ambientales.
• Lecturas diferentes de instrumentos analógicos realizadas por los operadores.
• Variaciones en las observaciones repeƟdas de la medida en condiciones aparentemente idén-
Ɵcas.
• Valores inexactos de los instrumentos patrón.
• Muestra del producto no representaƟva. Por ejemplo, en la medida de temperatura con un
termómetro patrón de vidrio, la masa del bulbo cambia la temperatura de la muestra del pro-
ceso cuya temperatura desea medirse.
Así pues, la incerƟdumbre es la dispersión de los valores que pueden ser atribuidos razonable-
mente al verdadero valor de la magnitud medida. En el cálculo de la incerƟdumbre intervienen la
distribución estadísƟca de los resultados de series de mediciones, las caracterísƟcas de los equipos
(deriva en función de la tensión de alimentación o en función de la temperatura, etc.), etc.
Para que la comparación sea correcta, el procedimiento general es que el patrón de medida sea su-
Įciente mas preciso que la del aparato que se calibra (relación 4:1 en los sensores de presión - ISA S
37.3).
Para el cálculo de la incerƟdumbre pueden seguirse varias normas:
• ISO/IEC 17025:2005 General requirements for the competence of tesƟng and calibraƟon labo-
ratories.
• G-ENAC-09 Rev 1 Julio 2005: Guía para la expresión de la incerƟdumbre en los ensayos cuan-
ƟtaƟvos.
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7
• CEA-ENAC-LC/02 Expresión de la IncerƟdumbre de Medida en las Calibraciones.
• EAL-R2 Expression of the Uncertainty of Measurement in CalibraƟon, 1995.
• GUM (Guide to the expression of uncertainty in measurement), conocida tambíen como
ISO/TC 213 N 659.
En el cálculo de la incerƟdumbre se usa el término mensurando que signiĮca: magnitud parƟcu-
lar objeto de una medición. Puede ser medido directamente (por ejemplo, la temperatura de un
cuerpo con un termómetro) o bien de forma indirecta a parƟr de otras magnitudes relacionadas
de forma matemáƟca o funcional (por ejemplo, la medida de la densidad a través de la relación
masa/volumen del cuerpo). El mensurando es, pues, función de una serie de magnitudes de entra-
da y la expresión de esta función puede ser experimental o ser un algoritmo de cálculo o bien una
combinación.
Hay dos incerƟdumbres A y B presentes en la medición. Las A se relacionan con fuentes de error
aleatorios y pueden ser evaluadas a parƟr de distribuciones estadísƟcas (lecturas en el instrumen-
to), mientras que las B están asociadas a errores de Ɵpo sistemáƟco y corresponden a la incerƟ-
dumbre del calibrador, la resolución del instrumento y la inŇuencia de otras magnitudes (tempe-
ratura, campos externos, humedad, posición, etc.) que surgen del control de las condiciones de
contraste o de la experiencia previa del operador.
Una vez obtenidos los valores, tanto de la incerƟdumbre Ɵpo A como la de Ɵpo B, se procede a
calcular la incerƟdumbre combinada:

2 2
c tipo A tipo Bu = u + u
Y después la incerƟdumbre expandida:
expandida cU =K uu
Siendo K = Factor de cobertura o de seguridad que se determina de acuerdo con el nivel de con-
Įanza de la incerƟdumbre, dado en la tabla 1.2 (factor T de Student). Con un nivel de conĮanza del
95,45% y para un número de valores mayor de 20 es K = 2.
N° de obser- Grados de
vaciones libertad Nivel de conĮanza
(n - 1) 99% 98% 95,45% 90% 80% 68%
2 1 63,66 31,82 13,97 6,31 3,08 1,82
3 2 9,92 6,96 4,53 2,92 1,89 1,31
4 3 5,84 4,54 3,31 2,35 1,64 1,19
5 4 4,6 3,75 2,87 2,13 1,53 1,13
6 5 4,03 3,36 2,65 2,02 1,48 1,1
7 6 3,71 3,14 2,52 1,94 1,44 1,08
8 7 3,5 3 2,43 1,89 1,41 1,07
9 8 3,36 2,9 2,37 1,86 1,4 1,06
10 9 3,25 2,82 2,32 1,83 1,38 1,05
11 10 3,17 2,76 2,28 1,81 1,37 1,05
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8
N° de obser- Grados de
vaciones libertad Nivel de conĮanza
(n - 1) 99% 98% 95,45% 90% 80% 68%
12 11 3,11 2,72 2,25 1,8 1,36 1,04
13 12 3,05 2,68 2,23 1,78 1,36 1,04
14 13 3,01 2,65 2,21 1,77 1,35 1,03
15 14 2,98 2,62 2,2 1,76 1,35 1,03
16 15 2,95 2,6 2,18 1,75 1,34 1,03
17 16 2,92 2,58 2,17 1,75 1,34 1,03
18 17 2,9 2,57 2,16 1,74 1,33 1,02
19 18 2,88 2,55 2,15 1,73 1,33 1,02
20 19 2,86 2,54 2,14 1,73 1,33 1,02
InĮnito InĮnito 2,58 2,33 2 1,64 1,28 1
Tabla 1.2 Valores T de Student para diferentes niveles de confianza y grados de libertad
IncerƟdumbre Ɵpo A. La evaluación de la incerƟdumbre estándar se efectúa por análisis estadís-
Ɵco de una serie de observaciones independientes de la magnitud de entrada, bajo las mismas
condiciones de medida. Si no existen componentes evaluadas estadísƟcamente la evaluación de
Ɵpo A corresponde a la repeƟbilidad del instrumento a calibrar.
Considerando que la distribución de probabilidades de las medias de dichas variables es la curva de
Gauss o de distribución normal en forma de campana, la media aritméƟca es el valor esƟmado de
la variable, mientras que la desviación estándar representa el grado de dispersión de los valores de
la variable que se miden repeƟƟvamente.
Así, en una serie de medidas repeƟƟvas de la variable, el valor esƟmado x viene dado por la media
aritméƟca o promedio de los valores observados:
( )i
1 1
x= x= x
n n
¦ con xi (i = 1, 2, 3, ... n)
Y el valor esƟmado de la varianza experimental:
2 2
i
1
s (x)= S(x - x)
n-1
La mejor esƟmación de la varianza de la media aritméƟca x es la varianza experimental de la media
aritméƟca dividida por n. Y así:
2 2
i
1
s (x)= S(x - x)
n(n-1)
Su raíz cuadrada posiƟva es la desviación ơpica experimental de la media aritméƟca que equivale
a la incerƟdumbre ơpica.
U(x) = s(x)
Cuando el número de medidas repeƟƟvas es menor de 10, la desviación ơpica debe mulƟplicarse
por un factor mulƟplicador.
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N° de medidas (N) Factor mulƟplicador (ʄ) N° de medidas (N) Factor mulƟplicador (ʄ)
2 7 6 1,3
3 2,3 7 1,3
4 1,7 8 1,2
5 1,4 9 1,2
Tabla 1.3 Factor multiplicador del número de medidas
IncerƟdumbre Ɵpo B. La incerƟdumbre se determina en base a la información disponible proce-
dente de varias fuentes, tales como:
• Datos de medidas anteriores.
• Experiencia y conocimiento de los instrumentos.
• EspeciĮcaciones del fabricante.
• Valores de incerƟdumbre de manuales técnicos.
El método exige un juicio basado en la experiencia y en conocimientos generales. Es una decisión
cienơĮca basada en toda la información disponible que puede venir dada por resultados de medi-
das anteriores, por la experiencia, por las especiĮcaciones del fabricante, por los datos suministra-
dos por cerƟĮcados de calibración u otros cerƟĮcados, etc. Se asumen las distribuciones rectangu-
lar, triangular y normal según sea el criterio y la experiencia del personal.
Figura 1.5 Distribuciones normal, rectangular y triangular y resolución de los instrumentos analógicos y digitales
Expresión de la distribución rectangular con un factor de cobertura de 1,65 (= 0,95 × я3) para pro-
porcionar un nivel de conĮanza de aproximadamente el 95%:

( )
2
i
a diferencia entre valores máximos y mínimos,histéresis máxima,etc.
u x =
12
Si se conocen los valores máximo y mínimo a1 y a2 se Ɵene:
u2
B
(xi)= (a1 - a2)2
/ 12
Y si se trata de un sistema centrado, a1 - a2 = 2a, y entonces:
u2
B
(xi) = a2
/ 3
Distribución triangular, propia de los instrumentos analógicos:

( )
2
i
a diferencia entre valores máximos y mínimos,histéresis máxima,etc.
u x =
24
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10
Y para la distribución normal:
( )i
a
u x =
3
Ejemplo 1: Manómetro Ɵpo Bourdon de escala 0-4 bar (400 KPa o 4,078865 Kg/cm2
) que se calibra
con un patrón (comprobador de manómetros de peso muerto) de incerƟdumbre 4,1 × 10-6
(2 × 10-4
),
efectuándose la calibración a la temperatura de 20 ± 2 °C, y con ciclos de presiones aplicadas de su-
bida y de bajada, que permiten comprobar si el instrumento Ɵene histéresis. Cada medida se realiza
cuatro veces. La calibración se efectúa colocando las pesas necesarias y haciendo girar con la mano
el conjunto. El giro libre indica que el pistón que soporta las pesas está Ňotando y que por lo tanto la
presión generada es la correcta.
Figura 1.6 Comprobación de un manómetro con un medidor de peso muerto
(dead weight tester) (Fuente: Ashcroft)
La incerƟdumbre debida al patrón en el fondo de escala es:
-6
pu (Incertidumbre patrón)= 4,1×10 ×4 = 0,0000164 bar = 0,00164 KPa
y su desviación ơpica, basada en las distribuciones Normal y de Student, con un nivel de conĮanza
del 95% es de:
p
0,0000164
u = = 0,0000082 bar = 0,00082 KPa
2
La desviación ơpica del patrón (variación de Presión del Patrón con la temperatura = 9 × 10-6
, debi-
da a las condiciones ambientales es:
-6
p
1
u (temperatura)= ×9×10 ×2×4 = 0,000024 bar = 0,0024 KPa
3
La desviación ơpica de las medidas en el manómetro analógico es la máxima obtenida:
2
medidas
0,012 ×5
u (max)= ×1,7 = 0,0127575
0,8+1,6 +2,4+3,2+3,9
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11
siendo 1,7 el factor mulƟplicador para 4 medidas (subesƟmación de la incerƟdumbre que para 10
medidas valdría la unidad).
medidas
0,0127575
u (media)= = 0,0063788 bar
2
La incerƟdumbre experimental Ɵpo A es:
2 2 2
experimentalu (total)= 0,0000082 +0,000024 +0,0063788 = 0,0063788 bar
En la incerƟdumbre Ɵpo B, el patrón de peso muerto, Ɵene en el fondo de escala:
-6
Incertidumbre patrón= 4,1×10 ×4 = 0,0000164 bar = 0,00164 KPa
El manómetro a calibrar Ɵene una escala 0-4 bar (0-400 KPa). El dígito menos signiĮcaƟvo Ɵene el
valor de 0,1 bar.
Figura 1.7 Manómetro analógico de escala 0-4 bar. Dígito menos significativo = 0,1 bar
Con una distribución triangular (instrumentos analógicos) se Ɵene:
Valor medio 0,05
Resolución instrumento= = = 0,0102062 bar
24 24
La incerƟdumbre total Ɵpo B es pues:
2 2
tipo Bu = 0,0000164 +0,0102062 = 0,0102062 bar
La incerƟdumbre combinada Ɵpo B + Ɵpo A es:

2 2 2 2
c tipo A tipo Bu = u + u = 0,0063788 +0,0102062 = 0,01203
Y la incerƟdumbre expandida es:
expandida cU = K×u = 1,87×0,01203= 0,022506 bar
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12
Siendo el factor de cobertura K = 1,87 (tabla 1.2 - Factor T de Student con un nivel de conĮanza
del 95,45%).
Si el número de valores fuera superior a 20 es K = 2.
Y la expresión de la incerƟdumbre: 4 ± 0,022 bar.
Tabla 1.4 Cálculo incertidumbre de un manómetro tipo Bourdon de 4 bar (400 KPa)
Ejemplo 2: Manómetro digital de escala 0-200 kPa equivalente a 0-2 bar, que se calibra con el mismo
patrón anterior (comprobador de manómetros de peso muerto) de incerƟdumbre 4,1 × 10-6
(2 × 10-4
),
y en la misma forma. En el ejemplo 1 se determinó la incerƟdumbre debida al patrón en el fondo de
escala up = 0,0000164 bar, su desviación ơpica up = 0,0000082 bar y la desviación ơpica del patrón
(variación de presión con la temperatura 9 × 10-6
), debida a las condiciones ambientales up (tem-
peratura)= 0,000024 bar.
La desviación ơpica de las medidas en el manómetro digital:
2
medidas
0,002 ×5
u (max)= ×1,7 = 0,0024051
0,4+0,8+1,2+1,6 +1,85
Y la media:
medidas
0,0024051
u (media)= = 0,0012026 bar
2
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La incerƟdumbre experimental Ɵpo A es:
2 2 2
experimentalu (total)= 0,0000082 +0,000024 +0,0012026 = 0,0012028 bar
El manómetro digital Ɵene una escala de 0-200 KPa (0-2 bar) y el dígito menos signiĮcaƟvo es de
0,01 KPa (0,0001 bar), con lo que el valor medio es 0,005 KPa (0,00005 bar).
Figura 1.8 Manómetro digital de escala 0-200 KPa (0-2 bar). Dígito menos significativo 0,01 KPa = 0,0001 bar
En el manómetro digital se considera una distribución rectangular con la fórmula:
Valor medio 0,00005
Resolución instrumento= = = 0,0000288 bar
3 3
Manómetro digital:
2 2
tipo Bu = 0,0000164 +0,0000288 = 0,0000331bar = 1,02 KPa
La incerƟdumbre combinada Ɵpo A + Ɵpo B es:

2 2 2 2
c tipo A tipo Bu = u + u = 0,0012028 +0,0000331 = 0,00120329
Y la incerƟdumbre expandida con el factor de cobertura K = 1,87 es:
expandida cU = K×u = 1,87×0,00120329 = 0,002250152 bar
Y la expresión de la incerƟdumbre es 2 ± 0,0022 bar, o bien, 200 ± 0,22 KPa.
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Tabla 1.5 Cálculo incertidumbre de un manómetro digital de 200 KPa (2 bar)
1.2.5 Exactitud
La exacƟtud (accuracy) es la cualidad de un instrumento de medida por la que Ɵende a dar lecturas
próximas al valor verdadero de la magnitud medida.
En otras palabras, es el grado de conformidad de un valor indicado a un valor estándar aceptado o
valor ideal, considerando este valor ideal como si fuera el verdadero. El grado de conformidad inde-
pendiente es la desviación máxima entre la curva de calibración de un instrumento y una curva carac-
terísƟca especiĮcada, posicionada de tal modo tal que se reduce al mínimo dicha desviación máxima.
La exacƟtud (accuracy) deĮne los límites de los errores comeƟdos cuando el instrumento se em-
plea en condiciones normales de servicio durante un período de Ɵempo determinado (normalmen-
te 1 año). La exacƟtud se da en términos de inexacƟtud, es decir, un instrumento de temperatura
de 0-100 °C con temperatura del proceso de 100 °C y que marca 99,98 °C se aproxima al valor real
en 0,02 °C, o sea Ɵene una inexacƟtud de 0,02 °C. Hay varias formas para expresar la exacƟtud:
a) Tanto por ciento del alcance, campo de medida (range). Ejemplo: en el instrumento de tempe-
ratura de la Įgura 1.3, para una lectura de 150 °C y una exacƟtud de ± 0,5%, el valor real de la
temperatura estará comprendido entre 150 ± 0,5 × 200/100 = 150 ± 1, es decir, entre 149 °C y
151 °C.
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b) Directamente, en unidades de la variable medida. Ejemplo: exacƟtud ± 1 °C.
c) Tanto por ciento de la lectura efectuada. Ejemplo: exacƟtud de ± 1% de 150 °C, es decir, ± 1,5 °C.
d) Tanto por ciento del valor máximo del campo de medida. Ejemplo: exacƟtud ± 0,5% de 300 °C
= ± 1,5 °C.
e) Tanto por ciento de la longitud de la escala. Ejemplo: si la longitud de la escala del instrumento
de la Įgura 1.3 es de 150 mm, la exacƟtud de ± 0,5% representará ± 0,75 mm en la escala.
La exacƟtud varía en cada punto del campo de medida sí bien, el fabricante la especiĮca, en todo
el margen del instrumento, indicando a veces su valor en algunas zonas de la escala. Por ejemplo:
un manómetro puede tener una exacƟtud de ± 1% en toda la escala y de ± 0,5% en la zona central.
Cuando se desea obtener la máxima exacƟtud del instrumento en un punto determinado de la es-
cala, puede calibrarse únicamente para este punto de trabajo, sin considerar los valores restantes
del campo de medida. Por ejemplo: un termómetro de 0-150 °C y de ± 1% de exacƟtud situado en
un baño de temperatura constante a 80 °C, puede ser calibrado a este valor, de modo que su exac-
Ɵtud en este punto de trabajo será la máxima que se pueda obtener con un termómetro patrón. Es
obvio que para los valores restantes, en parƟcular los correspondientes a los extremos de la escala,
la exacƟtud se apartará de ± 1%.
Figura 1.9 Exactitud y precisión
Hay que señalar que los valores de la exacƟtud de un instrumento se consideran, en general, esta-
blecidos para el usuario, es decir, son los proporcionados por los fabricantes de los instrumentos. Sin
embargo, estos úlƟmos también suelen considerar los valores de calibración en fábrica y de inspec-
ción. Por ejemplo, un instrumento que en fábrica Ɵene una exacƟtud de calibración de ± 0,8%, en
inspección le corresponde ± 0,9% y la dada al usuario es ± 1%
Con ello, se pretende tener un margen de seguridad para compensar los efectos de las diferencias
de apreciación de las personas que efectúan la calibración, las diferentes exacƟtudes de los instru-
mentos de medida uƟlizados, las posibles alteraciones debidas al desplazamiento del instrumento
de un punto a otro, los efectos ambientales y de envejecimiento, etc.
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1.2.6 Precisión
La precisión (precision) es la cualidad de un instrumento por la que Ɵende a dar lecturas muy próxi-
mas unas a otras, es decir, es el grado de dispersión de las mismas. Un instrumento puede tener
una pobre exacƟtud, pero una gran precisión. Por ejemplo, un manómetro de intervalo de medida
de 0 a 10 bar, puede tener un error de cero considerable marcando 2 bar sin presión en el proceso
y diversas lecturas de 7,049, 7,05, 7,051, 7,052 efectuadas a lo largo del Ɵempo y en las mismas
condiciones de servicio, para una presión del proceso de 5 bar. Tendrá un error prácƟco de 2 bar,
pero los valores leídos estarán muy próximos entre sí con una muy pequeña dispersión máxima de
7,052 - 7,049 = 0,003, es decir, el instrumento tendrá una gran precisión .
Por lo tanto, los instrumentos de medida estarán diseñados por los fabricantes para que sean pre-
cisos, y como periódicamente se descalibran, deben reajustarse para que sean exactos. A señalar
que el término precisión es sinónimo de repeƟbilidad.
1.2.7 Zona muerta
La zona muerta (dead zone o dead band) es el campo de valores de la variable que no hace variar la
indicación o la señal de salida del instrumento, es decir, que no produce su respuesta. Viene dada
en tanto por ciento del alcance de la medida. Por ejemplo: en el instrumento de la Įgura 1.3 es de
± 0,1%, es decir, de 0,1 × 200/100 = ± 0,2 °C.
1.2.8 Sensibilidad
La sensibilidad (sensiƟvity) es la razón entre el incremento de la señal de salida o de la lectura y el
incremento de la variable que lo ocasiona, después de haberse alcanzado el estado de reposo. Por
ejemplo, si en un transmisor electrónico de 0-10 bar, la presión pasa de 5 a 5,5 bar y la señal de
salida de 11,9 a 12,3 mA c.c., la sensibilidad es el cociente:
(12,3 11,9) / (20 4)
(5,5 5) /10

= ± 0,5 mA c.c./bar
Viene dada en tanto por ciento del alcance de la medida. Si la sensibilidad del instrumento de tem-
peratura de la Įgura 1.3 es de ± 0,05%, su valor será de 0,05 × 200 = ± 0,1 °C.
Hay que señalar que no debe confundirse la sensibilidad con el término de zona muerta; son deĮ-
niciones básicamente disƟntas que antes era fácil confundir cuando la deĮnición inicial de la sen-
sibilidad era “valor mínimo en que se ha de modiĮcar la variable para apreciar un cambio medible
en el índice o en la pluma de registro de los instrumentos”.
1.2.9 Repetibilidad
La repeƟbilidad (repeaƟbility) es la capacidad de reproducción de las posiciones de la pluma o del
índice o de la señal de salida del instrumento, al medir repeƟdamente valores idénƟcos de la varia-
ble en las mismas condiciones de servicio y en el mismo senƟdo de variación, recorriendo todo el
campo. La repeƟbilidad es sinónimo de precisión. A mayor repeƟbilidad, es decir, a un menor valor
numérico (por ejemplo, si en un instrumento es 0,05% y en otro es 0,005%, este segundo tendrá
más repeƟbilidad), los valores de la indicación o señal de salida estarán mas concentrados, es decir,
habrá menos dispersión y una mayor precisión.
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La repeƟbilidad se expresa en tanto por ciento del alcance; un valor representaƟvo es el de ± 0,1%.
Nótese que el término repeƟbilidad no incluye la histéresis (Įgura 1.3b). Para determinarla, el fabri-
cante comprueba la diferencia entre el valor verdadero de la variable y la indicación o señal de salida
del instrumento recorriendo todo el campo, y parƟendo, para cada determinación, desde el valor
mínimo del campo de medida. De este modo, en el caso de un manómetro puede haber anotado los
siguientes datos relacionados.
Tabla 1.6 Valoración de la repetibilidad
La repeƟbilidad viene dada por la fórmula:
2
i(x - x)
N
¦
Resultando:
0,00078
0,0064
19
r
1.2.10 Histéresis
La histéresis (hysteresis) es la diferencia máxima que se observa en los valores indicados por el
índice o la pluma del instrumento o la señal de salida para el mismo valor cualquiera del campo de
medida, cuando la variable recorre toda la escala en los dos senƟdos, ascendente y descendente.
Se expresa en tanto por ciento del alcance de la medida. Por ejemplo: si en un termómetro de 0-100%,
para el valor de la variable de 40 °C, la aguja marca 39,9 °Cal subir la temperatura desde 0 °C, e indica
40,1 °C al bajar la temperatura desde 100 °C, el valor de la histéresis es de:
40,1 39,9
100 0

x 100 = ± 0,2%
En la Įgura 1.3c pueden verse las curvas de histéresis que están dibujadas exageradamente para apre-
ciar bien su forma. Hay que señalar que el término “zona muerta” está incluido dentro de la histéresis.
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1.2.11 Otros términos
Otros términos empleados en las especiĮcaciones de los instrumentos son los siguientes:
Campo de medida con elevación de cero
Es aquel campo de medida en el que el valor cero de la variable o señal medida es mayor que el
valor inferior del campo. Por ejemplo, -10 °C a 30 °C.
Campo de medida con supresión de cero
Es aquel campo de medida en el que el valor cero de la variable o señal medida es menor que el
valor inferior del campo. Por ejemplo, 20 °C a 60 °C.
Elevación de cero
Es la canƟdad con que el valor cero de la variable supera el valor inferior del campo. Puede expre-
sarse en unidades de la variable medida o en % del alcance. Por ejemplo, 10 °C en el campo -10 °C
a 30 °C del instrumento, o sea (10/40) × 100 = 25%.
Supresión de cero
Es la canƟdad con que el valor inferior del campo supera el valor cero de la variable. Puede expre-
sarse en unidades de la variable medida o en % del alcance. Por ejemplo, 20 °C en el campo 20 °C
a 60 °C del instrumento, o sea (20/40) × 100 = 50%.
Deriva
Es una variación en la señal de salida que se presenta en un período de Ɵempo determinado mien-
tras se manƟenen constantes la variable medida y todas las condiciones ambientales. Se suelen
considerar la deriva de cero (variación en la señal de salida para el valor cero de la medida atribui-
ble a cualquier causa interna) y la deriva térmica de cero (variación en la señal de salida a medida
cero, debida a los efectos únicos de la temperatura).
La deriva está expresada usualmente en porcentaje de la señal de salida de la escala total a la
temperatura ambiente, por unidad, o por intervalo de variación de la temperatura. Por ejemplo, la
deriva térmica de cero de un instrumento en condiciones de temperatura ambiente durante 1 mes
fue de 0,2% del alcance.
Fiabilidad
Medida de la probabilidad de que un instrumento conƟnúe comportándose dentro de límites es-
peciĮcados de error a lo largo de un Ɵempo determinado y bajo unas condiciones especiĮcadas.
Resolución
Es la menor diferencia de valor que el instrumento puede disƟnguir. En los instrumentos analógicos
interviene el operador según donde observe la posición de la aguja, su error de paralaje en la lec-
tura efectuada y la distancia entre los valores marcados en la escala.
Por ejemplo, en un indicador de nivel de 0% a 100% graduado cada 1% de la escala, con la aguja indi-
cadora, que el observador considera en la mitad entre las divisiones 52% y 53%, y que el aĮrma que
es capaz de discriminar valores del 0,5%, podrá considerarse la resolución como (0,5/100) = 0,05%.
En los instrumentos digitales, la resolución es el cambio de valor de la variable que ocasiona que el
dígito menos signiĮcaƟvo se modiĮque. Por ejemplo, un indicador digital de temperatura en el que
se lee 531,01 °C, el dígito menos signiĮcaƟvo es el úlƟmo 1.
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19
Luego, si la temperatura aumenta a 531,02 °C, la resolución es de ((531,02 - 531,01)/100) =
0,00001%, lo cual no signiĮca en absoluto que esta sea la exacƟtud del instrumento.
Resolución inĮnita
Capacidad de proporcionar una señal de salida progresiva y conƟnua en todo el campo de trabajo
del instrumento.
Trazabilidad
Propiedad del resultado de las mediciones efectuadas con un instrumento o con un patrón, tal que
puede relacionarse con patrones nacionales o internacionales, mediante una cadena ininterrumpi-
da de comparaciones y con todas las incerƟdumbres determinadas.
Ruido
Cualquier perturbación eléctrica o señal accidental no deseada que modiĮca la transmisión, indica-
ción o registro de los datos deseados. Un caso especial es la interferencia de radiotransmisores RFI
(Radio Frequency Interference).
Puede expresarse en unidades de la señal de salida o en tanto por ciento del alcance.
Linealidad
La aproximación de una curva de calibración a una línea recta especiĮcada.
Linealidad basada en puntos
Falta de linealidad expresada en forma de desviación máxima con relación a una línea recta que
pasa a través de los puntos dados correspondientes al cero y al 100% de la variable medida.
Temperatura de servicio
Campo de temperaturas en el cual se espera que trabaje el instrumento dentro de unos límites de
error especiĮcados.
Vida úƟl de servicio
Tiempo mínimo especiĮcado durante el cual se aplican las caracterísƟcas de servicio conƟnuo e
intermitente del instrumento sin que se presenten cambios en su comportamiento, más allá de
tolerancias especiĮcadas.
ReproducƟbilidad
Capacidad de reproducción de un instrumento de las medidas repeƟƟvas de la lectura o señal de
salida para el mismo valor de la variable medida alcanzado en ambos senƟdos, en las mismas con-
diciones de servicio y a lo largo de un período de Ɵempo determinado.
Por ejemplo, un valor representaƟvo sería ± 0,2% del alcance de la lectura o señal de salida a lo
largo de un período de 30 días.
Respuesta frecuencial
Variación con la frecuencia de la relación de amplitudes señal de salida/variable medida (y de la
diferencia de fases entre la salida y la variable medida) para una medida de variación senoidal
aplicada a un instrumento dentro de un campo establecido de frecuencias de la variable medida.
Se especiĮca usualmente como dentro de ± ...% de ... a ... Hz.
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1.2.12 Ejemplos generales de características de instrumentos
En la Įgura 1.10 pueden verse tres Ɵpos de instrumentos cuyas caracterísƟcas son:
• Termómetro bimetálico
Intervalo de medida (range) = 0-100 °C Alcance (span) = 100
ExacƟtud (accuracy) = ± 0,5% RepeƟbilidad (repeaƟbility) = ± 0,1%
Histéresis (hysteresis) = ± 0,2% IncerƟdumbre (uncertainty) = ± 0,13%
• Transmisor de caudal digital mulƟvariable por presión diferencial con compensación de pre-
sión y temperatura
Intervalo de medida (range) = 0-2,5 hasta 0-1000 mbar (0-1 hasta 0-400“ c.d.a.)
Alcance (span) de la presión diferencial = 2,5 a 1000 mbar / 1 a 400” c.d.a.
Alcance (span) de la presión absoluta = 0,35 a 52 bar / 5 a 750 psia
Alcance (span) de la presión relaƟva = 4,1 a 200 bar / 60 a 3.000 psig
ExacƟtud (accuracy) de la presión diferencial = ± 0,1% del alcance
ExacƟtud (accuracy) de la presión absoluta = ± 0,1% del alcance
ExacƟtud (accuracy) de la temperatura = ± 1 °C ± 0,025% del alcance
Limites de temperatura ambiente = -40 °C a 85 °C (-40 °F a 185 °F)
Alimentación = 85 a 260 V c.a.
Señal de salida = 20 mA c.c. o protocolo HART
• Controlador digital universal
Entrada por termopar, sonda de resistencia, mV, 0-5 V, 1-5 V, 0-20 mA c.c., 4-20 mA c.c., reos-
tato
ExacƟtud (accuracy) = ± 0,20% del máximo de la escala
Resolución 16 bits
Velocidad de muestreo (scan rate) = 6 veces/segundo (166 ms)
Resolución = cuatro veces mayor que la digital de la pantalla
Algoritmos de control = todo-nada, proporcional en Ɵempo, dúplex proporcional en corriente,
proporcional en posición
Salida en señal conƟnua lineal: 0 a 20 mA c.c., 4-20 mA c.c., 8 bits en 50 ms o 10 bits en 1
segundo.
Salida por relé electromecánico = 5 A resisƟvo 240 V c.a. máx. 3 A inducƟvo 240 V c.a. máx.
Salida por relé de estado sólido = 1 A resisƟvo 240 V c.a. máx. 50 VA inducƟvo 240 V c.a. máx.
N° de alarmas = 2 (5 A resisƟvo 240 V c.a. máximo)
Limites de temperatura ambiente = 0 °C a 55 °C (32 °F a 131 °F), 20% a 95% H.R.
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Alimentación = 120/240 V c.a. / 22 a 65 V c.c.
Comunicaciones = RS422/485 a 4800, 9600, 19200 o 38400 baudios (bits/seg)
Ethernet TCP/IP (10Base-T, 100 m máx.)
Infrarrojas (serie infrarroja 1 m, 19200 o 38400 baudios (bits/seg)
Consumo = 20 VA máx. (90 a 264 V c.a.), 15 VA máx. (24 V c.a./c.c.)
Figura 1.10 Termómetro bimetálico, transmisor digital de caudal, controlador digital.
Fuente: WIKA y Honeywell
1.3 Clases de instrumentos
Los instrumentos de medición y de control son relaƟvamente complejos y su función puede com-
prenderse bien si están incluidos dentro de una clasiĮcación adecuada. Como es lógico, pueden
exisƟr varias formas para clasiĮcar los instrumentos, cada una de ellas con sus propias ventajas y
limitaciones.
Se considerarán dos clasiĮcaciones básicas: la primera relacionada con la función del instrumento
y la segunda con la variable del proceso.
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1.3.1 En función del instrumento
De acuerdo con la función del instrumento, obtenemos las formas siguientes:
Instrumentos ciegos (Įgura 1.11), son aquellos que no Ɵenen indicación visible de la variable. Hay
que hacer notar que son ciegos los instrumentos de alarma, tales como presostatos y termostatos
(interruptores de presión y temperatura respecƟvamente) que poseen una escala exterior con un
índice de selección de la variable, ya que sólo ajustan el punto de disparo del interruptor o conmu-
tador al cruzar la variable el valor seleccionado. Son también instrumentos ciegos los transmisores
de caudal, presión, nivel y temperatura sin indicación.
Figura 1.11 Instrumentos ciegos
Los instrumentos indicadores (Įgura 1.12) disponen de un índice y de una escala graduada en la
que puede leerse el valor de la variable. Según la amplitud de la escala se dividen en indicadores
concéntricos y excéntricos. Existen también indicadores digitales que muestran la variable en for-
ma numérica con dígitos.
Figura 1.12 Instrumentos indicadores
Los instrumentos registradores (Įgura 1.13) registran con trazo conƟnuo o a puntos la variable, y
pueden ser circulares o de gráĮco rectangular o alargado según sea la forma del gráĮco.
Los registradores de gráĮco circular suelen tener el gráĮco de 1 revolución en 24 horas mientras
que en los de gráĮco rectangular la velocidad normal del gráĮco es de unos 20 mm/hora.
A señalar que los registradores sin papel (paperless recorders) Ɵenen un coste de operación reduci-
do, una mejor exacƟtud y pueden incorporar funciones de captura de datos, lo que los hace ideales
para procesos disconƟnuos (batch process). Se pueden conectar a una red LAN, lo que permite un
fácil acceso de los datos a los varios departamentos de la empresa.
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Figura 1.13 Instrumentos registradores (circular y rectangular sin papel). Fuente: Honeywell
Los sensores captan el valor de la variable de proceso y envían una señal de salida predeterminada.
El sensor puede formar parte de otro instrumento (por ejemplo, un transmisor) o bien puede estar
separado. También se denomina detector o elemento primario (Įgura 1.14) por estar en contacto
con la variable, con lo que uƟliza o absorbe energía del medio controlado para dar, al sistema de
medición, una indicación en respuesta a la variación de la variable. El efecto producido por el ele-
mento primario puede ser un cambio de presión, fuerza, posición, medida eléctrica, etc.
Por ejemplo: en los elementos primarios de temperatura de bulbo y capilar, el efecto es la varia-
ción de presión del Ňuido que los llena y en los de termopar se presenta una variación de fuerza
electromotriz.
Figura 1.14 Sensores y elementos primarios
Los transmisores (Įgura 1.15) captan la variable de proceso a través del elemento primario y la
transmiten a distancia en forma de señal neumáƟca de margen 3 a 15 psi (libras por pulgada cua-
drada) o electrónica de 4 a 20 mA de corriente conƟnua o digital. La señal neumáƟca de 3 a 15 psi
equivale a 0,206-1,033 bar por lo cual, también se emplea la señal en unidades métricas 0,2 a 1 bar.
Asimismo, se emplean señales electrónicas de 1 a 5 mA c.c., de 10 a 50 mA c.c. y de 0 a 20 mA c.c.,
si bien la señal normalizada es de 4-20 mA c.c.
La señal digital es la más ampliamente uƟlizada y es apta directamente para las comunicaciones, ya
que uƟliza protocolos estándar.
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Figura 1.15 Transmisores
El sensor puede formar parte integral, o no, del transmisor; el primer caso lo consƟtuye un trans-
misor de temperatura de bulbo y capilar y el segundo un transmisor de caudal con la placa oriĮcio
como elemento primario.
Los transductores reciben una señal de entrada función de una o más canƟdades İsicas y la con-
vierten modiĮcada o no a una señal de salida, es decir, convierten la energía de entrada de una
forma a energía de salida en otra forma. Son transductores, un relé, un elemento primario, un
transmisor, un converƟdor PP/I (presión de proceso a intensidad), un converƟdor PP/P (presión de
proceso a señal neumáƟca), etc.
Los converƟdores son aparatos que reciben una señal de entrada neumáƟca (3-15 psi) o electrónica
(4-20 mA c.c.) procedente de un instrumento y después de modiĮcarla (converƟrla) envían la resul-
tante en forma de señal de salida estándar. Ejemplo: un converƟdor P/I (señal de entrada neumáƟca
a señal de salida electrónica, un converƟdor I/P (señal de entrada eléctrica a señal de salida neumá-
Ɵca).
Conviene señalar que a veces se confunde converƟdor con transductor. Este úlƟmo término es
general y no debe aplicarse a un aparato que convierta una señal de instrumentos.
Los receptores reciben las señales procedentes de los transmisores y las indican o registran. Los re-
ceptores controladores envían otra señal de salida normalizada a los valores ya indicados 3-15 psi en
señal neumáƟca o 4-20 mA c.c. en señal electrónica, que actúan sobre el elemento Įnal de control.
Los controladores (Įgura 1.16) comparan la variable controlada (presión, nivel, temperatura) con
un valor deseado y ejercen una acción correcƟva de acuerdo con la desviación. La variable contro-
lada la pueden recibir directamente como controladores locales o bien indirectamente en forma de
señal neumáƟca, electrónica o digital procedente de un transmisor.
El elemento Įnal de control (Įgura 1.17) recibe la señal del controlador y modiĮca su posición
variando el caudal de Ňuido.
En el control neumáƟco, el elemento suele ser una válvula neumáƟca o un servomotor neumá-
Ɵco que efectúan su acción completa de 3 a 15 psi (0,2-1 bar). En el control electrónico o digital,
la válvula o el servomotor anteriores son accionados a través de un converƟdor de intensidad a
presión (I/P) o señal digital a presión que convierte la señal electrónica de 4 a 20 mA c.c. o digital
a neumáƟca 3-15 psi.
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Figura 1.16 Controladores
Figura 1.17 Elemento final de control
En el control eléctrico el elemento suele ser una válvula motorizada que efectúa su carrera comple-
ta accionada por un servomotor eléctrico.
En el control electrónico y, en parƟcular, en regulación de temperatura de hornos eléctricos pueden
uƟlizarse recƟĮcadores de silicio (Ɵristores). Estos se comportan esencialmente como bobinas de
impedancia variable y varían la corriente de alimentación de las resistencias del horno, en la misma
forma en que una válvula de control cambia el caudal de Ňuido en una tubería.
Las señales neumáƟca (3-15 psi o 0,2-1 bar) y electrónica (4-20 mA c.c.) permiten el intercambio
entre instrumentos de la planta. En los instrumentos de señal de salida digital (transmisores, contro-
ladores) las señales son propias de cada suministrador, si bien estas señales están normalizadas por
parte de las Įrmas de instrumentos de control (Bailey, Foxboro, Honeywell, Rosemount y otros) que
aplican un lenguaje o protocolo de comunicaciones (HART, ProĮbus, y FOUNDATION(TM) Įeldbus).
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26
El comité ISA 103 con la norma de interfase entre instrumentos de campo y los sistemas de control
IEC-65C/398/NP, se integra en lo que se llama FDT (Field Device Tool) como sistema universal de
automaƟzación de las plantas.
Otras normalizaciones se realizan en procesos disconƟnuos. La norma NAMUR fue creada por em-
presas químicas y farmacéuƟcas tales como AK20, BASF, BAYER, CIBA-GEIGY, etc., que deĮnen la
misma programación para fábricas disƟntas con el Įn de obtener productos con la misma calidad.
1.3.2 En función de la variable de proceso
Expresados en función de la variable del proceso, los instrumentos se dividen en instrumentos de
caudal, nivel, presión, temperatura, densidad y peso especíĮco, humedad y punto de rocío, viscosi-
dad, posición, velocidad, pH, conducƟvidad, frecuencia, fuerza, turbidez, etc.
Esta clasiĮcación corresponde especíĮcamente al Ɵpo de las señales medidas siendo independien-
te del sistema empleado en la conversión de la señal de proceso. De este modo, un transmisor
electrónico o digital de temperatura del Ɵpo de bulbo y capilar es un instrumento de temperatura
a pesar de que la medida se efectúa convirƟendo las variaciones de presión del Ňuido que llena el
bulbo y el capilar; el aparato receptor de la señal electrónica o digital del transmisor anterior es
un instrumento de temperatura, si bien, al ser receptor electrónico o digital lo podríamos consi-
derar instrumento de presión, caudal, nivel o cualquier otra variable, según fuera la señal medida
por el transmisor correspondiente; un registrador potenciométrico puede ser un instrumento de
temperatura, de conducƟvidad o de velocidad, según sean las señales medidas por los elementos
primarios de termopar, electrodos o dínamo.
Asimismo, esta clasiĮcación es independiente del número y Ɵpo de transductores existentes entre
el elemento primario y el instrumento Įnal. Así ocurre en el caso de un lazo de control de nivel
compuesto por un transmisor digital de nivel, un receptor controlador con salida de 4-20 mA c.c., un
converƟdor intensidad-presión (I/P) que transforma la señal de 4-20 mA c.c. a neumáƟca de 3-15 psi
y la válvula neumáƟca de control; todos estos instrumentos se consideran de nivel.
En la designación del instrumento se uƟlizan, en el lenguaje común, las dos clasiĮcaciones expues-
tas anteriormente. Y de este modo, se consideran instrumentos tales como transmisores ciegos de
presión, controladores registradores de temperatura, receptores indicadores de nivel, receptores
controladores registradores de caudal, etc.
Los instrumentos se consideran instrumentos de campo y de panel (Įgura 1.18). La primera desig-
nación incluye los instrumentos locales situados en el proceso o en sus proximidades (es decir, en
tanques, tuberías, secadores, etc.), mientras que la segunda se reĮere a los instrumentos monta-
dos en paneles, armarios o pupitres situados en zonas aisladas o en zonas del proceso.
1.3.3 Código de identificación de los instrumentos
Para designar y representar los instrumentos de medición y control se emplean normas muy varia-
das que a veces varían de industria en industria. Esta gran variedad de normas y sistemas uƟlizados
en las organizaciones industriales indica la necesidad universal de una normalización en este cam-
po. Varias sociedades han dirigido sus esfuerzos en este senƟdo, y entre ellas se encuentran, como
más importantes, la ISA (Instrument Society of America) de la Sociedad de Instrumentos de Estados
Unidos y la DIN alemana, cuyas normas Ɵenen por objeto establecer sistemas de designación (có-
digo y símbolos) de aplicación a las industrias químicas, petroquímicas, aire acondicionado, etc.
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Figura 1.18 Instrumentos de campo y de panel
Hay que señalar al lector que estas normas no son de uso obligatorio sino que consƟtuyen una
recomendación a seguir en la idenƟĮcación de los instrumentos en la industria.
Figura a conƟnuación un resumen de las normas sobre instrumentación de medición y control ISA-
S5.1-84 de ANSI/ISA del año 1984 con una revisión el 13 de julio del año 1992, de las normas sobre
símbolos de operaciones binarias de procesos (Binary Logic Diagrams for Process OperaƟons) ISA-
S5.2-76 del año 1976 revisadas el 13 de julio de 1992, de las normas sobre símbolos de sistemas de
microprocesadores con control comparƟdo (Graphic Symbols for Distributed Control/Shared Dis-
play InstrumentaƟon, Logic and Computer Systems) ISA-S5.3 1983, ejemplos de diagramas de lazos
de control según la norma ANSI/ISA-S5.4-1991 del 9 de sepƟembre de 1991, el estándar de colores
de visualización de procesos ANSI/ISA-S5.5-1985 (aprobada el 3 de febrero de 1986).
1.3.3.1 Resumen norma ISA-S5.1-84 (R-1992)
A) Cada instrumento debe idenƟĮcarse con un código alfanumérico o número de tag (tag num-
ber) que contenga el número de idenƟĮcación del lazo. Una idenƟĮcación representaƟva es la
siguiente:
TIC 103 - Identificación del instrumento
T 103 - Identificación del lazo
103 - Número del lazo
TIC - Identificación funcional
T - Primera letra
IC - Letras sucesivas
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