temas_curso_actualizacion_2011
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CURSO DE ACTUALIZACION DE
INGENIERIA ELECTRICA
ELECTRONICA APLICADA Y
CONTROL DE PROCESOS
Ing. Jacob Astocondor Villar
jav07@hotmail.es
Universidad nacional del callaoFacultad de Ingeniería eléctrica y
Electrónica
1JAV-2011UNAC-FIEE
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA
CURSO DE ACTUALIZACION PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRICA
Silabo1.-DATOS INFORMATIVOSAsignatura: Electrónica aplicada y control de procesos
Extensión horaria: 40 horas
Pre_rrequisito:G
rado académico de Bachiller en Ingeniería EléctricaNivel de exigencia académica:
Postgrado en el curso de actualización profesional para obtener el titulo deIngeniero Electricista
Carácter: Obligatorio
Duración: 5 semanasPersonal Docente: Jacob Astocondor Villar Periodo: 2011(JUNIO-JULIO)
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II OBJETIVOLe permitirá al participante diseñar sistemas automáticos industriales, mediante los
conocimientos teórico-prácticos de los sistemas de control de procesos y Electrónicaaplicada Así mismo realizará la instalación de estos
III METODOLOGIAEl desarrollo del cuso se realizara mediante sesiones expositiva y demostrativa; utilizandolaminas y software de simulación, a si mismo equipos de laboratorio de neumática ehidráulica para implementación de sistemas
IV EVALUACIÓN1. El programa de la asignatura consta de evaluación teórica y práctica Estos últimos
pueden ser cálculos, experimentos, y Trabajos.2.- La asistencia a las clases teórico-prácticas son obligatorias para todos los alumnos.
La realización de las tareas en ellas propuestas y las prácticas se realizarasemanalmente
3.- Finalizado el período de clases se realizará una prueba final global en relación a los
aspectos teóricos y prácticos estudiados durante todo el curso.(PRUEBA FINAL)4.- La evaluación de la asignatura tendrá en cuenta la prueba final y el informe
correspondiente a las clases teórico-prácticas.5.- La evaluación de la asignatura es global y no procede en consecuencia la superación
independiente de alguna de sus partes o la compensación entre ellas.
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2
F p
F
E P P
!
�Promedio de prácticas Pp.�Examen final Ef
�Promedio final PF
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Primera Semana
�Definiciones Genéricas.Objetivo. Realizar un repaso de la terminología del área de mediciones y desistema de control.
�Procesos Definición. Evolución de Control. Clasificación. Control yAutomatización.Objetivo. Establecer la diferencia entre los diferentes tipos de procesosposibilitando la manipulación de las señales y esquematizados conforme normas
de ISA. Practica calificada
Segunda Semana.-Variables de los Procesos. Características. Dinámica Estrategias de Control.Objetivo. Determinar los parámetros y variables de los procesos con suscaracterísticas y explicar las opciones de control.
Elementos Primarios. Transducción.- sensoresObjetivo.- Definir los procesos de transducción ante el ingreso de señalesdiferentes a las eléctricas y sus posibilidades de ser detectadas y transducidas aseñales eléctricas que se puedan acondicionar para que sea comparado con unreferente. Desarrollar los principios básicos de funcionamiento de los Sensores.
Practica calificada 5JAV-2011UNAC-FIEE
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Tercera. Semana,-
Selección de Sensores. Aplicaciones.Objetivo.- Explicar los criterios para una adecuada selección de los sensoresespecificando determinadas aplicaciones según el principio de funcionamiento.Elementos Actuadores. Arrancadores y Variadores de velocidad de motores.Objetivo.- Desarrollar los principios de funcionamiento de los mecanismos deactuación especialmente de los relés y contactores. Esquematizar los circuitos decontrol de procesos con los diagramas de contactos. Bibliografía: (06)(07)(15).Practica calificada
Cuarta semana.-
�Mandos electro-neumáticos y electro-hidráulicosObjetivo.- Continuar con los actuadores explicando el principio de los cilindroselecto-neumáticos, distribuidores y válvulas. Bibliografía: (08)(14)
�Controladores.- Principales tipos. PLC Controlado, Lógico ProgramableObjetivo.- Explicar el principio de los controladores usando en los diferentesprocesos dando énfasis en el PLC para procesos secuenciales. Analizar elprincipio de sus componentes y las señales de entrada y salida. Bibliografía: (05)Practica calificadaPractica calificada
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Quinta Semana.-
Aplicación de autómatas programables en la automatizaciónObjetivo.- Aplicación en cada uno de los procesos típicos con PLC
Examen final.
BIBLIOGRAFÍA:[01] MANDADO, Enrique MARlÑO. Perlado, LAGO. Alonso. InstrumentationElectrónica Ed. Alfaomega/Marcombo. México D.F. 1998.
[02] CREUS S., Antonio. Instrumentation Industrial. 6ta. Rd. Alfaomega /Marcombo. Barcelona 1998
[03] ROCA Cusidó, Alfred. Control de Procesos. Alfaomega Grupo Editor SA deCV. México D.F. 1999.
[04] PALLAS A., Ramón. Sensores y acondicionadores de señal. 3ra. Ed. Alfaomega Grupo Editor SA de CV México D.F. 1999.
[05] Resumen de clases profesor del cursoBIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIAOG ATA, Katsuhiko. Ingeniería de control moderna 3ra Ed. Hall
Hispanoamericana México D.F. 1997. 7JAV-2011UNAC-FIEE
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INTRODUCCIÓN
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La Medición y Control de Procesos
(también llamada InstrumentaciónIndustrial o Automatización Industrial) esuna rama de la Ingeniería que involucravarias especialidades:
- Electrónica- Electricidad
- Química- Metalurgia
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- Petroquímica- Industrias Alimentarias
- Neumática
- Hidráulica- Mecánica
- Informática
- Telecomunicaciones- Otras
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En la Actualidad, la Electrónica y la
Informática están presentes en casi todaslas aplicaciones de Medición y Control deProcesos.
Sin embargo, todavía es grande el númerode aplicaciones netamente mecánicas,dados los bajos costos de algunossensores mecánicos de amplia aplicación,
como por ejemplo, los manómetros, lostermómetros bimetálicos, etc.
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Lazo de Control
Un lazo de control es aquel sistema decontrol que involucra al menos uninstrumento que permite realizar funciones
de:
- Medición- Indicación
- Control- Transmisión- Otros
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En la Medición y Control existen 2 tipos delazos de control:
- Abierto (el sistema no se controla sólo)
- Cerrado (el sistema se autocontrola)
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� Aún hoy, la mayoría de aplicaciones
industriales involucran a lazos de controlabiertos, para efectos de sólo medición(por ejemplo: manómetros para medir presión).
� Para hablar de automatización, debemosimplementar lazos de control cerrados(que se controlen automáticamente)
Ejemplo: El control de la presión,incluyendo sensor, Controlador y VCA.
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DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN LAZO DE CONTROL CERRADO
.
ELEMENTOFINAL DE
CONTROL (EFC)
RTU
ALARMAS
REGISTRADOR
INDICADOR
CONTROLADOR PROCESO
SENSOR OELEMENTOPRIMARIO
TRANSMISOR OELEMENTO
SECUNDARIO
PC
(SCADA)
VARIABLE
MEDIDA
VARIABLE
MANIPULADA
SALIDA DE
CONTROL
VARIABLE
CONTROLADA
-
+
DETECTOR DEERROR O
COMPARADOR
CABLE,TELÉFONOo RF
DISTURBIOS
SET POINTO VALOR DEREFERENCIA
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EJEMPLO DE DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN LAZO DE CONTROL
ABIERTO.
RTU
ALARMAS
REGISTRADOR
INDICADOR PROCESO
SENSOR OELEMENTOPRIMARIO
TRANSMISOR OELEMENTO
SECUNDARIO
PC
(SCADA)
VARIABLE
MEDIDA
CABLE,TELÉFONOo RF
DISTURBIOS
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Bloques de un lazo de control
� SENSOR: Es quizás el elemento másimportante. Capta (sensa) la variable deproceso para tener una idea de la
magnitud de la misma.� TRANSMISOR: Es el instrumento o parte
del instrumento que recibe la señal del
sensor y la acondiciona para que se envíea distancia, mediante una señalestandarizada
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� SET POINT (Valor de referencia): Es el
valor en el cual deseamos que nuestravariable de proceso se mantenga (por ejemplo, 80 °C). Este bloque se encuentra
físicamente dentro del equipo controlador.� COMPARADOR (o detector de error):
Compara la señal que viene del campo(proveniente del sensor o transmisor) conel Set Point. Este bloque también seencuentra dentro del equipo controlador.
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� CONTROLADOR: Es el ³cerebro´, es
quien controla automáticamente elproceso. La mayoría de controladores seconfiguran, pero también hay
controladores que se programan. Emiteuna salida llamada ³salida de control´.
� ELEMENTO FINAL DE CONTROL: Esquien manipula directamente el proceso,en función de la señal proveniente delcontrolador.
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AUTOM
ATIZ
ACIÓN
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Hay 2 tipos de automatización:
- De Proceso: procesos continuos odiscontinuos de producción (petroquímica,metalurgia, cemento, etc.): Regulación
- De Planta: manufactura (estampado,
prensado, etc.) y máquinas herramientas(tornos, soldadoras, etc.): Mando
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Cada tipo tiene sus propios sensores e
instrumentación asociada, la cual a vecesusa instrumentos comunes, pero por logeneral, cada tipo tiene sus propios
instrumentos y estrategia deautomatización:
- La Automatización de planta está másligada a eventos discontinuos
- La Automatización de procesos estáasociada a procesos continuos.
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VARI ABLES A M E DIR Y
CONTRO LAR
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DE PROCESOS CONTINUOS
- Presión- Temperatura
- Nivel- Flujo (volumétrico y másico)- Peso
- Variables analíticas (pH, conductividad,ORP, turbidez, etc.)- Otras
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DE PLANTA
� Velocidad
� Longitud
� Presencia / Ausencia� Cuenta
� Tiempo
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DE SEGURIDAD
� Gases
� Vibración
� Humo� Fuego
� Presencia de intrusos
� Fallas eléctricas
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SE N S OR ES Y
TR AN S MI S OR ES
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PRESIÓN: la presión es la fuerza ejercidasobre un área (P = F / A). Es una que seusa en casi todas las actividadesproductivas.
Se mide con elementos mecánicos(manómetros) o electrónico-mecánicos(transmisores electrónicos analógicos o
inteligentes).La presión se mide en Bar, psi, etc.
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Manómetros
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Transmisores Inteligentes
PTG Series Gage Pressure Transmitter
� High Performance micro-processor based design
� BILINGUAL - DE and HART Protocols
� Compact and Lightweight! World¶s Smallest!
� Temperature Compensated Output
� +/- 0.2% FS Accuracy� Wide measurement range: 0 - 7000psi
� Local Zero Adjustment ± Standard
� High Performance - Competitive Price
� Digital DE Integration with Honeywell TDC 3000
Competitive SizeComparison!
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TEMPERATURA: Es la variable industrial
más importante. A nivel productivo, semide en °C o °F.
Los sensores de temperatura son muy
diversos, desde los elementos mecánicos(termómetros bimetálicos), de dilatación(termómetro de vidrio y otros), hasta loseléctricos (RTDs, termocuplas,termistores, IC) o de no contacto(infrarrojos).
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Transmisores inteligentes deTemperatura
ATT Series TemperatureTransmitter
� Universal sensor input
� Same housing package as the PTG
� Available in DE or HART Protocol
� Data hold function provides minimumand maximum PV value
� Self-diagnostics
� High Performance - Competitive Price
� +/- 0.2 % Accuracy
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NIVEL: Es una variable que se usa muchoen procesos en donde intervienentanques, reactores, pozos, etc.
Se mide en Metros o pulgadas.Hay diversos tipos de tecnologías (más de20), como la boya, electrodos, vibración(medición y control discontinuo) o presión,ultrasonido, capacitancia, radar, etc.(medición continua).
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Sensor de Nivel Magnético conSensor de Nivel Magnético conflotador flotador
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AplicacionesAplicaciones
� Storage tanks � Process tanks
± Low velocityagitation will
not effectperformance
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SENSOR DISCONTINUOSENSOR DISCONTINUO
RECOMMENDED MOUNTING LOCATIONS:
Ver i i level level
t r i e t i e- r tt t
i e extended nt ide- r tt nt
le extended nt nt
(not r ecommened f or i density medi m)
Vi r tion r od
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FLUJO: Es la cantidad de fluido que
atraviesa una determinada sección (área)transversal.
El flujo puede ser instantáneo (lpm) ototalizado (m3). También puede ser volumétrico (gpm) o másico (T/h).
Entre los sensores más usados están: losde turbina, desplazamiento positivo,
rotámetro, presión diferencial,electromagnético y ultrasónico.
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Sensor / Transmisor Electromagnético
Key Features:
� Backlit LCD Operator Panel� Infrared Keyboard Allows Configuration in
Hazardous Areas without Electrical Exposure� Field Replaceable Electrodes
� Patented Liner Design ± 304SS Punch Plate, DoveTail, & all welded SST Housing
� Mirror Finished Liner ± abrasion resistance� Broad product offerings ± HENRI, Multi-Variable, 2-
Wire, Open-Channel, and Ceramic� Smart Diagnostics ± Easy to use
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Sensor : Componentes
Case: Carcaza Weld Neck flange: Bridas para
conexión al proceso Juntion Box: Caja de conexiones
Flow splitter Manifold: Conexión
para bifurcacion del fluido Flow Tubes: Tubos conductores
del fluido Pickoff Coil and Magnet: Bobinas
detectoras
Drive coil: Bobina impulsora RTD: Sensor de temperatura
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PESO: Es una variable muy usada,especialmente para despacho demateriales.
Se mide en kg., Toneladas o gramos.
Se utilizan sensores mecánicos oelectrónico-mecánicos (celdas de carga).
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VARIABLES ANALÍTICAS
Se miden en procesos en donde serequiere tener una gran precisión en elmanejo de la acidez, turbidez, etc. de unfluido.
También se encuentran en aplicacionesde protección del Medio Ambiente (enactividades productivas). Por ejemplo, en
el control de los desechos vertidos aldesagüe.
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Las más importantes son:
- pH
- ORP
- Conductividad- Turbidez
- Oxígeno disuelto
- Cloro
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Hay diferentes formas de medición, perolas más usuales son usando sensoresllamados electrodos, que utilizancorrientes eléctricas (usualmente de mV)
para obtener el valor de la variable medidaen función de alguna característicaeléctrica de estas variables.
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VELOCIDAD: Se usa mucho en
automatización de plantas. Se mide enrpm.
Los sensores más usados son:- Inductivos
- Encoders
- Opticos
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LONGITUD: Se usan en plantas quefabrican telas, cables, alambrón, etc.También en construcción, proyectos, etc.La medición se realiza de manera similar a la velocidad (se basa en el número de
revolucione por minuto, multiplicado por elradio del eje de giro).
Se miden con los mismos sensores de
velocidad, pero usando un instrumentoque permita escalar las unidades delongitud.
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PRESENCIA / AUSENCIA: Se usa para
determinar la presencia de un objeto ouna marca y podr realizar alguna acciónasociada.
Por ejemplo, para determinar el númerode botellas a llenar en una caja, o paradeterminar la presencia de una tela a ser estampada.
También para detectar las tacas pararealizar el corte de bolsas, etc.
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Se detecta con Sensores:
� Inductivos (metales)
� Capacitivos (no metales)
� Fotoeléctricos
� Electromecánicos (límites de carrera)
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TIEMPO: Se emplea mucho para medir elfuncionamiento de una máquina, o pararealizar el control de un proceo medianteel tiempo (en realidad, no es tan preciso).
El control por tiempo es muy sencillo deimplementar.
Se usan los Temporizadores o los
Horómetros.
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GASES: Se usan para seguridad personal
y de planta. Tienen por finalidad eldeterminar la presencia de gases en unambiente determinado.
Permiten dar alarma para evitar desgracias personales o daños en planta.También se les usa para determinar características de gases en un
determinado proceso (por ejemplo, en lacombustión).
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Hay diferentes tipos de sensores:
- Catalíticos
- Electroquímicos
- Infrarrojos- Semiconductores
- Conductividad Térmica
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Detectores P ortátiles
Custodian
Gasman II
Triple Plus
Safegard
Instrumentos
paraprotecciónpersonal
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EspejosReceptor
Rayo
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Otros
� Fallas eléctricas
� Presencia de intrusos
� Humo� Fuego
� Vibración (mantenimiento)
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CONTRO LADOR ES Y
S I S T E M AS DE CONTRO L
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Los Controladores tienen la función de
controlar un proceso, en función de una omás instrucciones que han sido prefijadas.
Existen controladores muy simples(mecánicos o electrónicos analógicos) yotros muy complejos, que constituyen unsistema de control, incluyendocomunicación de datos, reportes, mando a
distancia, etc.
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Controladores Monolazo
- Son controladores que permiten laregulación de un lazo de control.
- Son de los más sencillos.
- Se configuran (no se programan).
- Configurar significa darle ciertos valores yseleccionar ciertas características de unmenú establecido.
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Controladores Multilazo
- Permiten el control de 2 o más lazos.- También se configuran, aunque hay otros
que se programan mediante bloques de
funciones.- Incorporan funciones adicionales, como
funciones de cálculo (matemáticas), son
RTUs., tienen comunicación de datos,falla segura, etc.
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Controladores LógicosProgramables (PLCs)
� Son controladores que permitenprogramar el control de secuencias.
� Usualmente se usan para controlar variables discretas
� En menor cantidad, controlan variablescontinuas.
� Son lentos para controlar un lazo continuo
� Son de control centralizado
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Sistemas de Control Distribuido(DCS)
� Se usan en plantas en donde se requierecontrolar una gran cantidad de variablescontinuas.
� Reemplazan a varios controladorescontinuos.
� Son de control distribuido.
� También pueden controlar variablesdiscretas.
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Sy stem Architecture
Field
I/O MarshallingCabinet
Rack Room
Operation Center
Company Office
FIELD INSTRUMENT
DistributedI/O Module
HUB
Company LAN
Redundant Communication BusMax. 1000m by Fiber Optic cable
DOSSOpen Supervisory StationOperationsEngineering
DOPC-IIContinuous ControlSequence ControlInterlock
JBJBJB
HUB
RedundantI/O
Redundant Ethernet
Office PC
DOSS_OH DOSS_OH DOSS DOSS_ENG
HUBHUB
JB
CONV
CONV
CONV
CONV
100MbpsRedundant Ethernet
Rack Room
Fiber OpticEthernet
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SCADA
� Sistema de supervisión y control adistancia.
� Usualmente, emplean RTUs para capturar las señales de campo y enviarlas a unaPC remota.
� Se emplean mayormente para
supervisión, registro y exportación de ladata
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ELE M E NTO S F IN ALES DE
CONTRO L
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� Los más usados son las Válvulas de
Control Automático (VCA).
También se emplean:
� Variadores de velocidad de motores� Semiconductores de potencia (diodos,
Tiristores, etc.)
� Bombas dosificadoras� Otros
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Válvulas de Control y Accesorios
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ES TÁND AR ES
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Los instrumentos de control deben ser
fabricados, probados e instalados deacuerdo a estándares internacionalmenteaceptados.
Algunos de ellos son:
- Código Eléctrico Nacional ± Tomo V(Utilización)
- Código Eléctrico de EUA (NFPA 70)
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Instituciones Normativas
� Indecopi (Perú)
� Ministerio de Energía y Minas (Perú)
�
ISA (The Instrumentation, Systems and Automation Society)
� IEC (Comisión ElectrotécnicaInternacional)
� EN (Normas Europeas)
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� IEEE (The Institute of Electrical andElectronics Engineers)
� ASME (American Society of MechanicalEngineers)
� ASTM (American Society for Testing and
Materials).� ISO (International StandarizationOrganization)
� OIML (International Organization of Legal
Metrology)� Otras
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C ALI BR ACION ES
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� La calibración es la comprobación de quela medida del instrumento se encuentradentro de un margen de error aceptable.
� Todos los instrumentos deberían ser calibrados periódicamente.
� Las empresas con ISO 9000, ISO 14000 yOSHAs 18000 están obligadas a calibrar sus instrumentos.
� También las que usan el sistema HACCP(Alimentos)
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