Fundamentos de instrumentación industrial: sensores, rangos y medición de temperatura

Instrumentos de Campo: Conceptos y Tipos Esenciales

Transductores y Actuadores

Sensores / Actuadores:

Se utilizan en la medición primaria de variables como presión, temperatura, flujo y pH. Proporcionan salidas estándar de 4 a 20 mA.

Instrumentos o Dispositivos Listos:

Controlados por microprocesadores, proveen señales estándar de 4 a 20 mA y señales digitales.

Instrumentos Inteligentes (desde 1995):

Controlados por microprocesadores, proporcionan principalmente señales digitales.

Terminología Clave en Instrumentación

Rango:

Define los límites superior e inferior de la variable de proceso que el instrumento puede medir.

Rango Calibrado:

Establece las condiciones de operación reales del instrumento en la planta.

Cero (Zero):

Corresponde al valor mínimo del rango calibrado.

Span:

Es la diferencia algebraica entre el valor máximo y mínimo del rango calibrado. Se calcula sumando el valor del cero al valor máximo.

Precisión:

Indicador de cuán exacto es el instrumento. Se mide en porcentaje del Span.

Error:

Indica la desviación del instrumento con respecto al valor real (según especificaciones del fabricante).

Repetibilidad:

Máxima diferencia entre distintas pruebas de transmisión bajo las mismas condiciones.

Histéresis:

Máxima diferencia entre los valores indicados y transmitidos por un instrumento cuando la variable de proceso recorre su rango en sentido ascendente y descendente. Se representa en porcentaje del Span.

Banda Muerta:

Rango de valores de la variable de entrada que no produce variación en la indicación o transmisión del instrumento. Se expresa en porcentaje del Span.

Elevación de Cero:

Se refiere a la situación en la que la variable del proceso es inferior a cero, indicando que el instrumento está "elevado" N unidades respecto a su punto de calibración.

Tipos de Instrumentos por Función

Instrumentos Indicadores:

Entregan una lectura visual directa de las variables de proceso.

Instrumentos Ciegos:

No poseen indicación local del valor de la variable medida.

Instrumentos Transmisores:

Permiten enviar a distancia un valor de la variable (mediante una señal eléctrica o neumática). Ejemplos de señales incluyen 4 a 20 mA, 1 a 5 Vcc, modulación digital HART y modulación digital Fieldbus.

Medición de Temperatura

Los principales instrumentos para la medición de temperatura incluyen termistores, RTD, termocuplas y pirómetros.

Termistores:

Detectores semiconductores cuya resistencia varía significativamente con la temperatura. Su curva de transferencia es no lineal.

RTD (Detectores de Temperatura por Resistencia):

Disponibles en distintas configuraciones (2, 3 o 4 hilos), dependiendo de la distancia y la precisión requerida. Los materiales comunes incluyen platino, níquel y cobre.

Termocuplas:

No miden la temperatura absoluta, sino la diferencia de temperatura entre el extremo caliente (unión de medición) y el extremo frío (unión de referencia).

Pirómetro de Radiación:

Basado en el principio de Stefan-Boltzmann, mide la radiación térmica emitida por un objeto para determinar su temperatura. La energía se expresa en J/s (Joule/segundo) o vatios.