EJERCICIO DE APLICACIÓN

En la industria DISEÑOS & DISEÑOS se ha puesto en marcha un proceso de moldeo de laminas metálicas con una figura predeterminada, para tal operación se cuenta con un brazo mecánico de punta diamantada, conectado a un computador donde se carga el diseño de la figura. Identifique de los sensores expuestos cual o cuales se implementan en este proceso?

EXPOSICIÓN MEDIDORES DE NIVEL

En una empresa necesitan un medidor de nivel para el nuevo silo que va ha almacenar un sólido inerte, no conductivo, con tamaño de partícula pequeño pero que no forma lecho fluidizado.

Revisando en el inventario encontraron que contaban en un tanque con un medidor de nivel, pero éste era empleado para medir el nivel de agua pura hace unos años. En el momento no se está usando.

¿Qué tipos de medidor de nivel puede ser el que está en el inventario, para poderse emplear en el silo?

(De todas las posibilidades y justifique)

EJERCICIO DE APLICACIÓN

Sensores de temperatura

La fabricación de vidrio requiere del uso de un horno de fundido que debe funcionar a 1425 ºC, una cámara de estirado que funciona a 1015 ºC, luego pasa a una cámara de templado donde pasa de una temperatura de 600 ºC a 20 ºC.

Seleccione un sensor de temperatura para cada etapa del proceso, explicar porque es el mas adecuado para estas condiciones. Explicar porque razón se descartan los otros tipos de sensores.

Es necesario disponer un transductor de presión, en una línea donde la presión puede varíar entre 1000 - 6000psi, la temperatura entre 0 - 200°F, la vibración es apreciable y se hace necesario un tamaño reducido con una precisión del mismo de 0.06%. ¿Qué tipo de transductor propondría?

En el caso de un proceso en el que deben ser medidos los flujos de entrada de dos reactantes uno cuyo flujo es elevado 20cm3/min pero de viscosidad baja y otro que contiene una cantidad considerable de solidos suspendidos y de flujo 2 cm3/min , que tipo de medidores de flujo recomendaria para cada caso.

GRUPO I

Biosensores

Plantear el diseño de un biosensor para detectar ácido acético en un proceso fermentativo como el que se lleva a cabo en la planta piloto del LIQ (fermentación de melaza para obtención de etanol) e identificar sus partes.

requiere controlar el pH, composición de etanol y las emisiones de CO2 (verficando sistema anaerobio) para un proceso de fermentación. Escoja la instrumentación que considere más conveniente. Realice el diagrama del equipo y el diagrama de bloques.

Grupo J.

En el presente le adjuntamos las preguntas de ejercicio de aplicación para el resto del grupo:

1. En la multiplexación por división de frecuencias (FDM) es claro que la(s) señal(es) se modula(n) y se multiplexa(n), ¿qué pasos se siguen para recuperar la(s) señal(es) original(es) en la unidad receptora?

2. Haga un digrama de bloques general donde se especifiquen los elementos por los que pasa una señal continua débil antes de llegar al computador en forma de señal digital.

3. ¿Qué ventajas tiene la aplicabilidad del protocolo HART?

4. ¿Qué problema se soluciona con el bus de campo?

cuál cree que sería el mejor medidor de flujo volumétrico si el fluido presenta un alto contenido de partículas y la viscosidad del fluido es muy alta. además la corrosión representa un factor importante a considerar.

escoja entre los siguientes 2 medidores :

1) medidor de turbina.

2) medidor ultrasónico. En una pl

anta un ingeniero debe controlar el proceso de un reactor químico que es el inicio del proceso en la planta.

Este reactor es agitado y como consecuencia se forma una capa de espuma que puede perturbar la medición de nivel. Usted como ingeniero debe pensar, es conveniente usar un antiespumante?

Se desea realizar una separación de hidrogeno y CO2 de una corriente gaseosa utilizando MEA como agente de separación.

Diga que tipo de medidor de flujo masico usaria para cada una de estas alimentaciones y ¿por que?. condiciones del proceso:

Corriente de gas

relacion de flujo maximo - minimo 5:1

baja caida de presion

temperatura de trabajo 120°C

presion 60 bar

Corriente de MEA

flujo minimo: 20 lt/min

flujo maximo:200lt/min

Propiedades susceptibles a cambios de temperatura

• Cuál es el principio de funcionamiento de una válvula oscilante

Consiste en un pequeño orificio situado en el cuerpo del medidor, que genera una presión diferencial y provoca el paso del fluido por el área de medida. Ésta contiene una válvula oscilante que perturba la circulación del fluido. A medida que éste flujo turbulento pasa a través de la abertura, se crea una zona de baja presión detrás de la válvula, con lo que ésta oscila a una frecuencia directamente proporcional al caudal. Este medidor es adecuado para fluidos con partículas en suspensión y en las mezclas de líquidos y gases provocadas por vaporizaciones imprevistas de líquido al bajar la presión. Su precisión es del orden de +/-0.5%.

• Descripción completa del funcionamiento, ventajas y desventajas de un vortex

El medidor de caudal de vórtice consiste en una barra atravesada dentro del tubo que provoca la formación de unos pequeños remolinos o vórtices, que se van alternando sucesivamente a lado y lado de dicha barra, variando la frecuencia de estos vórtices linealmente con la velocidad del fluido y por lo tanto con el caudal. Estos vórtices actúan sobre la barra que los ha originado, haciéndola vibrar en fase con ellos y transmitiendo esas vibraciones al cristal piezoeléctrico ubicado en la parte superior de la barra. El cristal genera una señal eléctrica oscilatoria de frecuencia proporcional al caudal, de acuerdo a la siguiente ecuación: Q =k*v/d, donde k es una constante, v la velocidad del fluido y d el ancho de la barra.

El Medidor de flujo vortex por tanto es un transductor de caudal que entrega una señal eléctrica oscilatoria, cuya frecuencia es proporcional a la magnitud del caudal que se esta midiendo, por lo tanto su respuesta es lineal.

El medidor vortex es frecuentemente tenido en consideración de selección para gran número de propósitos porque este puede ser usado para líquidos, gases y vapor de agua y además sin recalibración.

Los medidores de flujo vortex son relativamente poco sensitivos a cambios en la temperatura del fluido, presión o densidad. En general los medidores de flujo vortex son altamente exactos y su rangeabilidad es comúnmente 20:1. Estos medidores producen una caída de presión pequeña en la línea del tubo.

Los medidores vortex son medianamente simples, no tienen partes movibles y pocas conexiones donde puedan ocurrir escapes, su costo de instalación es bajo, requiere poco mantenimiento, su costo no es muy elevado, pero no es útil para flujos bajos o fluidos con numero de Reynolds bajo porque no habría formación de vortex, tampoco se recomienda su uso con fluidos corrosivos.

Qué tipos de transductores se usan

• Transductor de impulsos por microrruptor eléctrico o neumático

• Transductor de impulsos por sensor magnético

• Transductor de impulsos por disco ranurado

• Transductor de impulsos fotoeléctrico

Cuáles o en dónde se encuentran sus aplicaciones

Medidor de Vórtice

Manejan una gran cantidad de líquidos

Relativamente costosos

1.8 a 3082 gal/min (6.8 a 11665 L/min)

+/-1% o mejor

8:1 a 25:1

Lineal

-100 a 350ºF(-73 a 177ºC)

Por encima de 600 psig (4MPa)

Qué sensibilidad pueden tener a la temperatura, a la presión o a campos magnéticos

Los medidores vortex se ven afectados muy a los campos magnéticos ya que la vibración de la barra debido a los vórtices puede ser confundida por una influencia de tipo magnética.

Por ello, su instalación se debe hacer lejos de fuentes que generen dichos campos como por ejemplo lejos de motores o bombas electricas, etc. En la tabla anterior se listan los intervalos tanto de temperatura como de presión en los que el medidor vortex puede actuar.

• Los hay digitales? Sí

• Cómo es la linealidad La información se encuentra en las tablas que se dejaron en la fotocopiadora

• De acuerdo a las propiedades electromagnéticas se utiliza un medidor magnético, qué sucede en detalle

Su principio se basa en la ley de Faraday la cual dice que si un fluido conductor está influenciado por un campo magnético, la tensión que éste va a inducir sobre el conductor va a ser proporcional a la velocidad del fluido.

La Ley de faraday es: Es=KBlv

Donde Es= tensión generada en el conductor

K= constante

B= densidad del campo magnético

l= longitud del conductor

v= velocidad del movimiento

En el medidor magnético de caudal el conductor es el líquido y Es es la señal generada, esta señal es captada por los electrodos razantes con la superficie interior del tubo y diametralmente opuestos. B es la densidad del campo magnético creado por medio de la bobina de campo, l es el diámetro de la tubería y v es la velocidad del fluido.

• Porqué no se puede aplicar el medidor magnético a gases:

Esto es debido a que los gases tienen conductividades muy bajas lo que implica que la tensión que se genera sobre este va a ser muy pequeña y por lo tanto poco perceptible, de tal forma que no es conveniente. En general la conductividad del fluido debe ser mayor a 3 microohms/cm, si no es así no es posible captar una corriente suficiente que excite el circuito electrónico.

• Cómo reciben la señal los transductores para estos equipos

Por medio de impulsos eléctricos

• Cómo se afecta la medición si hay flujo en transición:

Al parecer el medidor que más se afecta por estos regímenes es el medidor de turbina. Se debe a que si el fluido es muy viscoso o se tienen condiciones laminares o de transición se crean perfiles de velocidad a través de la tubería que hace que en el seno del fluido se tenga una velocidad mayor en comparación con la velocidad cercana a las paredes del tubo.

• Me quedó la percepción que todos los sensores producen una caida de presión apreciable, esto es cierto, si lo es cuál es una clasificación según el factor:

En general la mayoría de los medidores no generan caídas de presión apreciables, y por lo general este factor es ignorado para el momentote hacer un tipo de clasificación teniendo en cuenta que hay otras diferencias más importantes como parámetros para clasificar. Por supuesto hay equipos que tienen, a pesar de ser despreciable, una caída de presión mayor a otros. Por ejemplo, el medidor de vortex o el de turbina presentan una pequeña caida de presión en comparación con el ultrasónico, el cual no interpone ninguna barrera al paso del fluido.

• Como se envía y reconoce la señal que se manda al rotámetro que no es visible?

Su pregunta esta mal formulada ya que el rotámetro es un sensor y este no recibe señales sino las envía después de medir un flujo determinado. Silo que se refiere se como envía este la señal se tiene que trabaja con señales neumáticas que se manejan con una leva que sigue magnéticamente el movimiento del flotador y que se encuentra ubicada entre dos toberas neumáticas, además también hay señales eléctricas producidas por una varilla que sigue magnéticamente el movimiento del flotador y que mueve el brazo de un poténciometro.

¿Cuales son los materiales de los termopares?, como funcionan?

Materiales

Las termocuplas o termopares son los sensores de temperatura más utilizados en la industria. Una termocupla se hace con dos alambres de distinto material unidos en un extremo (soldados o enrrollados). Al aplicar temperatura en la unión de los metales se genera un voltaje muy pequeño (efecto Seebeck) del orden de los milivolts el cual aumenta con la temperatura.

¿Por qué la termocupla es susceptible al ruido?

Por el efecto de la punta fria, una temperatura diferente a la de la union del termopar me produce un leve cambio de la temperatura del circuito por lo tanto un cambio de voltaje

¿ Cual es la diferencia de termopar y termocupla? Son sinonimos

Explicacion de RTDS

RTDS (PTC): Los detectores de temperatura basados en la variación de una resistencia eléctrica se suelen designar con sus siglas inglesas RTD (Resistance Temperature Detector).Dado que el material empleado con mayor frecuencia para esta finalidad es el platino, se habla a veces de PRT (Platinum Resistance Thermometer).

Un termómetro de resistencia es un instrumento utilizado para medir las temperaturas aprovechando la dependencia de la resistencia eléctrica de metales, aleaciones y semiconductores (termistores) con la temperatura; tal es así que se puede utilizar esta propiedad para establecer el carácter del material como conductor, aislante o semiconductor.

Cual es la diferencia entre pirómetros de radiacion y opticos?

Pirómetro por radiación: Los pirómetros de radiación se fundamentan en la ley de Stefan - Boltzman que dice que la energía radiante emitida por la superficie de un cuerpo negro aumenta proporcionalmente a la cuarta potencia de la temperatura absoluta del cuerpo, es decir

W = T4 donde

W (potencia emitida) es el flujo radiante por unidad de área, es la constante de Stefan - Boltzman (cuyo valor es 5.67 10-8 W / m2 K4) y T es la temperatura en Kelvin

Pirómetro óptico: Se basan en la ley de distribución de la radiación térmica de Wien. = A / T, donde A = 0.2897 si  viene en cm. La longitud de onda correspondiente al máximo de potencia irradiada en forma de radiaciones comprendidas en un intervalo infinitamente pequeño de longitudes de onda es inversamente proporcional a la temperatura del cuerpo negro.

En la medición de temperaturas con estos pirómetros hacemos uso de una característica de la radiación térmica: el brillo. El brillo de la radiación en una banda muy extrecha de longitudes de onda emitidas por una fuente, cuya temperatura ha de medirse, es confrontado visualmente con el brillo, en la misma banda, de una fuente calibrada.

La ley de Wien es suficientemente exacta para las longitudes de onda visibles hasta por lo menos 1800 °C y es matemáticamente de manejo más cómodo que la ley de Planck.

Como se conoce la linealidad de un equipo? Depende del material, sensores de resistencia de metales puros, ejm Platino, es de gran linealidad, en comparación con otros materiales u aleaciones estos se comportan no lineales

Cuanto vale un pirometro optico? Hay portatiles su precision es 0.5% y es costoso con relación a los otros medidores

Dentro de las industrias de los termopares y las termorresistencias, comparados con los otros sensores. Como es la vida útil de estos? Una buena elección asegura una vida útil cercana a la que ofrece cada fabricante, además del proceso en los cuales se utilizan

Protocolo

1. ¿En multiplexación por frecuencia es posible la superposición aditiva y superposición obstructiva? Sí, es posible, pero realmente en la práctica no es importante que tipo de onda resultante se obtiene al hacer la multiplexación, el objetivo es transmitir muchas señales por medio de un solo canal.

2. ¿La velocidad de Hz que traduce, si yo sé que son Hz, pero no entiendo su significado físico? Los Herz son la medida de la frecuencia de una onda (señal), rigurosamente se encuentran expresados en número de oscilaciones de la onda en cuestión en un segundo.

3. ¿Cuánto se puede multiplexar una señal, es decir, cuanto es la capacidad máxima del ancho de señales?

Supongo que se refiere a la frecuencia máxima que puede tener una señal para multiplexarse, realmente no se mide de esa manera, sencillamente lo que se hace es definir las frecuencias de las señales de interés y mediante un filtro se toman, después se modulan y multiplexan.

4. ¿Una señal portadora es igual a una moduladora?

Si, se trabajan los términos indistintamente.

5. ¿Qué es un convertidor RS-232?, ¿Qué es el RS-232?

No es un convertidor RS-232, el RS-232 es un protocolo que transmite datos en serie a un puerto serial, es el utilizado para transmitir datos de un computador a otro.

6. ¿Puede enviar más de una modulación, o necesariamente es señal modulada, señal moduladora? Si su pregunta es si se pueden transmitir varias señales moduladas a la vez, la respuesta es si porque precisamente en eso consiste la multiplexación por frecuencia.

7. ¿Cómo se asegura que el ruido no sea tomado por el convertidor como parte de la señal? Se adecua un filtro (aparato que permite el paso de frecuencias de señal exclusivas) antes del convertidor.

8. ¿Qué es más rápido una señal análoga o una digital? Las señales digitales son más rápidas.

9. ¿que son baudios?¡  La velocidad en baudios es una medida de cuantas veces por segundo cambia una señal, por ejemplo una señal enviada por un módem ( moulador- demodulador). Es decir, una velocidad de 1200 baudios implica que una señal cambia cada 833 microsegundos. Las velocidades de los módems normales son 50, 75, 110, 300, 600, 1200, y 2400. La mayoría de los módems rápidos van a 2400 baudios. Debido a limitaciones del ancho de banda en las líneas telefónicas de voz, las velocidades superiores a 2400 baudios son difíciles de alcanzar, y sólo funcionan en líneas telefónicas de alta calidad. Se pueden codificar varios bits por baudio, para conseguir velocidades que excedan la velocidad del baudio. Se llama ``baudio'' en honor a Emile Baudot, inventor de la impresora asíncrona del telégrafo (teletipo).

10. ¿ cuando se justifica la acción de un firmware en comparación con un software?

Un firmware se refiere al microcontrolador y el software se refiere al paquete programable. La acción de cada uno de los dos se justifica teniendo el hardware correspondiente para hacer la implementación. Por ejemplo el caso mostrado en el resumen contiene un microcontrolador que va en la Board, (tarjeta) el solo procesa los datos, y el software es lo que vemos en pantalla debido al programa que hemos implementado el cual maneja el protocolo hart que tiene el código correspondiente para ver el funcionamiento en una ventana que se muestra en el maestro.

Qué es el “Maestro” del que se habla?

R/ Hay una estrategia para manejar las comunicaciones entre los instrumentos en las plantas. Este sistema se llama Master-Slave o Maestro y Esclavo, en el cual hay una unidad de proceso (PLC o PC), superior o “jefe” y otros esclavos o “subalternos”. Las señales son transmitidas de los instrumentos o accesorios a un esclavo, que reúne, por decirlo así, las señales de la zona donde está. Estos esclavos, mandan el paquete de información al maestro que es el encargado de tomar las decisiones de control y administrar el envío de mensajes a los esclavos. …. Qué es el broadband?

R/ La banda ancha o el broad band se refiere a transportar señales moduladas (casi siempre senos) o cuadradas, por medio de una señal simple modulada, ésta última permite transmitir paquetes de diferentes frecuencias, para que al llegar al receptor, éste las identifique y separe, del modo en que el mensaje fue transmitido. La banda ancha puede tener más de una portadora, es costosa y si se quiere para hacer envío y recepción de datos, debe manejarse por buses en forma de anillo, donde un emisor es a la vez receptor de otro, en forma circular y sin ninguna salida.

Quién rige , modula y creó los protocolos? Es posible crear uno para mi compañía?

R/ Los protocolos son, desde el comienzo, desarrollos (en software) propios de empresas privadas (como Xerox), que normalizaron la forma de intercambio de mensajes en sus compañías. Se puede asumir que son una especie de “idioma” en el cual se comunican dos nodos (emisor y receptor). El protocolo OSI actúa desde hace algún tiempo como estándar de construcción de protocolos, porque define las capas que utiliza (pero no es rígido, en el sentido de que, cada quien usa lo que necesite y convenga), éste fue implementado por la ISO. El protocolo TCP/IP maneja la comunicación en Internet y utiliza un modelo propio, que es largo de explicar y se puede encontrar información en Internet. Es cierto, cada empresa puede elegir, o en su defecto, crear su propio protocolo, claro con ayuda de programadores.

La implementación de un protocolo es un tema demasiado amplio, por lo cual no se puede definir con tan solo una respuesta corta, se sale de nuestras manos.

Qué es banda portadora y base?

La banda portadora se refiere a la banda ancha por un solo canal. La banda base es simplemente una señal digital sin banda ancha. Es, por decirlo así, la posición por defecto de la banda ancha.

A quien realizó la pregunta “qué es un protocolo fieldous?”, es posible que se refiera a FieldBus o Bus de campo, entonces

Qué es bus de campo?

Es una solución para el cableado y comunicación de una planta. No es un protocolo. Es físico (o sea tangible) y puede ser de diferentes formas, dependiendo del mecanismo que use y sus características. Puede transmitir más de una señal por el cable, que es un avance significativo con respecto a transmitir una sola señal por un cable individual. Su objetivo es reducir el número de conexiones en una planta y evitar, si hay daño en algún instrumento o accesorio, la parada de todo el sistema de control de la planta por largos períodos de tiempo.

Qué es ancho de banda?

Es la cantidad de trafico en la red relacionado a su dominio o sitio. Se refiere a al volumen de datos que puede manejar un receptor o un emisor.

Qué es una señal moduladora múltiple?

Una señal modulada múltiple es una agrupación de canales de señales simples moduladas

Qué significa Hub?

R/ Un hub es un elemento que permite la ramificación del bus de campo.

Cómo funciona un amplificador: Una etapa de potencia o amplificador es un aparato que recibe una señal de entrada y la agranda varias veces para entregar a la salida la misma señal que a la entrada (teóricamente) pero ampliada. Es muy importante reseñar que, dado que el amplificador es la última etapa antes de los altavoces, este aparato se encarga de “manipular” la señal tal como le viene, con todas las modificaciones que le hayamos causado (sobrecarga de bajos, agudos, etc). Por eso, lo mejor es entregarle la señal lo más pura posible. El componente principal de un amplificador es el transistor. Un transistor es un elemento electrónico activo que tiene tres electrodos: base, colector y emisor. Emisor y base se conectan a la entrada y emisor y colector a la salida (altavoz). El transistor se encarga de, consumiendo una corriente, entregar un voltaje en la salida que es igual al original pero multiplicado varias veces según una relación lineal dada por la curva propia del mismo. Dicha curva tiene una zona de linealidad muy amplia, pero llega un momento en el cual se “satura” y por mucha intensidad que le demos no será capaz de “amplificar” más la señal. En ese momento se dará el fenómeno del “clipping” o recorte de la señal. De éste ya hablamos en el apartado de los altavoces y dimos cuenta de lo nocivo que es para los altavoces.

Un transistor como el descrito anteriormente conforma una etapa de amplificación. Por ejemplo, el amplificador de un teléfono tiene un solo transistor, pero una etapa de car audio tendrá muchas; por lo tanto, tendrá transistores “en cascada”. Existe un problema con esto, dada la gran cantidad de calor generado por los transistores y que provoca la necesidad de grandes disipadores de calor y altas temperaturas de funcionamiento.

Por otro lado, lógicamente, cuanto mayor sea la calidad (y, habitualmente, precio) de los componentes de la etapa de potencia, mayor será la potencia que podrá dar y además con un menor grado de distorsión. En realidad, los modernos amplificadores no tienen este tipo de transistores “prehistóricos”, sino transistores MOSFET (Metal Oxid Semiconductors Field Effect Transistors), pero no es éste el foro indicado para entrar en tanta profundidad y para nuestros propósitos nos valdrá con lo anteriormente explicado.