manual de practicas instrumentación ing petrolera

Elaborado por: Ing. Elí Bernardino Ramos Colorado Página 0 de 26

Unidad: Instituto Tecnológico Superior de

Coatzacoalcos.

Edición

No. 1

Fecha de Edición

13/02/14

Departamento: Ingeniería Petrolera

Materia:

Autor:

Instrumentación

Ing. Elí Bernardino Ramos Colorado

INSTRUMENTACIÓN

MANUAL DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO

SEMESTRE: 6to SEMESTRE DE INGENIERIA PETROLERA

ELABORADO POR:

ING. ELI BERNARDINO RAMOS COLORADO

Fecha de Revisión de la Academia:

/ /



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INDICE

No. de Práctica Descripción Pág.

1

Reglamento de Laboratorio

02

2

Elementos principales de un sistema de control

04

3

Terminología y simbología de instrumentos

06

4

Medidores de presión

08

5

Medidores de flujo

11

6

Medidores de temperatura

14

7

Medidores de nivel

18

8

Características y elementos de un sistema de control

22

9

Función de transferencia y estrategias de control

24



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PRACTICA No. 1 CONOCIMIENTO DEL REGLAMENTO DE LABORATORIO.

Objetivo

El alumno conocerá el reglamento del laboratorio.

Introducción

El alumno conocerá por medio de actividades sencillas el reglamento del laboratorio y las reglas básicas de seguridad que se deben de seguir dentro de las instalaciones donde se realizan las prácticas. Material y Equipo

Mínimo de 25 a 40 Pequeños cuadros laminados con imágenes que ejemplifiquen algún punto dentro del reglamento de laboratorio.

Cuaderno de apuntes.

Lapicero.

Colores Procedimiento

1. Organizarse en 4 o 5 equipos de laboratorio dependiendo el número total de alumnos.

2. Tomar cada una de las láminas con los dibujos y analizarla. 3. Llegar a una conclusión y discutir en equipo junto con sus compañeros de

lo que la imagen representa o nos quiere decir respecto al reglamento. 4. Anotar en su cuaderno de apuntes las conclusiones a las que se llegaron. 5. El profesor tomará cada una de las láminas y así los equipos comentarán

su propia interpretación y observaran la diferencia de opinión de cada laminilla.

6. Realizarán un cuadro comparativo de la información comentada con el reglamento de laboratorio establecido.

Bibliografía

Reglamento de Laboratorio.



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INTRODUCCIÓN

La instrumentación a nivel industrial es de gran importancia, ya que, a través de esta podemos sensar, registrar, indicar, controlar y modificar los diversos procesos que son necesarios para la fabricación de todo lo que nos rodea, así como de brindarnos las comodidades para nuestra vida. Dentro de la ingeniería es muy importante contar con los instrumentos, equipos o dispositivos necesarios para poder realizar, más eficientemente, las mediciones y acciones de control dentro de los diversos procesos industriales, para poder así, lograr la optimización de los recursos e insumos, sin correr riesgos en infraestructuras o por parte del personal. Una herramienta muy importante para lograr lo anterior, es el correcto conocimiento y uso de la gran variedad de instrumentos con los que se cuenta hoy en día, siendo la gran mayoría de ellos de utilización muy sencilla. Éste manual comprende algunas prácticas referentes al conocimiento y utilización de la instrumentación y el control industrial, para la mayor comprensión del curso.

Al término de esta materia el estudiante contará con conocimientos sobre los instrumentos, el control y algunas características del ambiente industrial para la solución de problemas prácticos del área de la ingeniería en que se desarrolla.



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PRÁCTICA No. 02 ELEMENTOS PRINCIPALES DE UN SISTEMA DE CONTROL

Objetivo

El estudiante conocerá las partes principales de un sistema de control, para su mayor comprensión. Identificará cada uno de sus elementos y reconocerá su importancia dentro del mismo. Introducción:

En ésta práctica el estudiante aplicará los conocimientos adquiridos en el salón de clases, para poder identificar los elementos de un sistema de control básico, mediante sus características principales.

El estudiante trabajará en equipos con sus compañeros de clases. Debatirán entre ellos, para obtener las respuestas correctas de los reactivos de la práctica y plasmaran los resultados de sus conclusiones. Lo cual será revisado por el docente asignándole el valor de calificación considerado en su instrumentación didáctica. Desarrollo:

1.- Describe con tus propias palabras la importancia de la instrumentación y control, proporcionando un ejemplo. 2.- ¿A que nos referimos al hablar de un bucle cerrado? 3.- Menciona los rangos más utilizados para las siguientes señales:

a) Señal neumática:

b) Señal eléctrica-electrónica:



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4.- Describe los siguientes elementos de un sistema de control y menciona sus principales características:

a) Transmisor b) Registrador c) Convertidor d) Controlador e) Elemento primario de medición

5.- Describe el significado de cada una de las siguientes identificaciones de instrumentos:

a) PIT b) LC c) FIT d) PRC e) FV f) PE-204 g) HV-301B h) LRT i) PIC-101 j) TE-100E

6.- Menciona las normas propuestas por la ISA, para la estandarización de los instrumentos, la medición y control de los procesos industriales. Cuestionario:

a) ¿Qué es un sistema de control? b) ¿Cuáles son los elementos principales de un sistema de control? c) ¿Por qué es importante la instrumentación en nuestra vida diaria?

Bibliografía:

Instrumentación Industrial. Antonio Créus Solé. Alfa Omega



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PRÁCTICA No. 03 TERMINOLOGIA Y SIMBOLOGIA DE INSTRUMENTOS

Objetivo

El estudiante conocerá la terminología y la simbología empleada en el

ambiente de la instrumentación. Para poder analizar y comprender con mayor eficiencia los temas de estudio correspondientes. Introducción:

En ésta práctica se abordara la terminología propia de los sistemas y

procesos de control, en lo que respecta a sus partes, equipos, símbolos, conceptos, etc. A fin de lograr una mejor comprensión de los mismos.


1.- Según la terminología propuesta por la SAMA, describe cada uno de los siguientes conceptos:

a) Alcance: b) Exactitud: c) Precisión: d) Sensibilidad: e) Ruido: f) Temperatura de servicio:

2.- ¿Cuáles son los tipos de diagramas de flujo existentes? Descríbelos. 3.- ¿Qué es un Diagrama de Tubería e Instrumentación? Describe su clasificación.



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4.- Anota el nombre del equipo o instrumentos correspondiente a la siguiente simbología: Cuestionario:

a) ¿Por qué crees que sea importante manera una terminología estándar dentro de la instrumentación? b) ¿Cuál es el objetivo de utilizar la simbología dentro de la instrumentación? c) ¿Cuáles son los símbolos de la instrumentación más utilizados?

Bibliografía:




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PRÁCTICA No. 04 MEDIDORES DE PRESIÓN

Objetivo:

El estudiante recordará, de los temas vistos en clase, los distintos medidores de presión utilizados en la industria. Recordará sus características principales de operación y de utilización. Introducción:

Dentro de los procesos industriales, se cuenta con una gran variedad de sensores para poder realizar la medición de las variables de un proceso determinado. En ésta práctica solo abordaremos el tema de la presión y de los sensores especializados, por sus características, en la medición de ésta variable.


1.- Son las presiones manométricas inferiores a la atmosférica, mientras más cerca está del cero absoluto, más grande es su magnitud:

Manométricas Absolutas Vacío Atmosférica

2.- Es el valor de la presión atmosférica:

17.4 psi 14.5psi 110.35 Kpa 14.7 psi 17.7 psi 3.- Es la diferencia de la presión absoluta y la manométrica:

Vacío Atmosférica Relativa Diferencial 4.- Es la clasificación de los instrumentos de presión:



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Mecánica, eléctrica, hidráulica Neumática, Física, Hidráulica, sónica

Neumática, mecánica, electromecánica

5.- Se deforman por la presión interna del fluido que contienen

Elementos de medida directa Elementos primarios elásticos

Elementos de medida indirectos 7.- Los elementos primarios elásticos más utilizados son:

Tubo venturi, espiral, fuelle Diafragma, tubo pitot, bourdon Bourdon, diafragma, helicoidal

7.- Es el más utilizado de los elementos primarios elásticos, es un tubo aplanado hueco, fabricado generalmente de acero inoxidable.

Diafragma tubo de Bourdon Fuelle Tubo venturi 8.- Se forma al arrollar un tubo de Bourdon alrededor de un eje común, se fabrica en acero inoxidable.

Fuelle espiral diafragma helicoidal 9.- Está hecho de una sola pieza flexible axialmente, puede dilatarse o contraerse considerablemente debido a la presión suministrada. Fuelle diafragma helicoidal espiral tubo de bourdon 10.- Es una fuerza por unidad de superficie y puede expresarse en unidades tales como pascal, bar, atmosferas, kilogramos por centímetro cuadrado y psi. Tensión Presión absoluta Vacio Presión



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A) Identifica de los siguientes esquemas el tipo de elemento primario al que corresponde cada uno de ellos.

Cuestionario:

a) ¿Cuál es la utilidad de un dispositivo sensor de presión? b) ¿Cuáles son las unidades de medida convencionales en ésta variable de proceso industrial? c) ¿Cuál es la importancia de poder realizar las mediciones de ésta variable en los procesos industriales? d) ¿Cuáles son los instrumentos más importantes dentro de la medición de la presión a nivel industrial? ¿En qué otras áreas laborales pueden aplicarse estos u otros medidores de presión?

Bibliografía:




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PRÁCTICA No. 05 MEDIDORES DE FLUJO

Objetivo

El estudiante recordará, de los temas vistos en clase, los distintos medidores de flujo utilizados en la industria. Recordará sus características principales de operación y de utilización.

Introducción:

Dentro de los procesos industriales, se cuenta con una gran variedad de sensores para poder realizar la medición de las variables de un proceso determinado. En ésta práctica solo abordaremos el tema del flujo y de los sensores especializados, por sus características, en la medición de ésta variable.

El estudiante trabajará en equipos con sus compañeros de clases. Debatirán entre ellos, para obtener las respuestas correctas de los reactivos de la práctica y plasmaran los resultados de sus conclusiones. Lo cual será revisado por el docente asignándole el valor de calificación considerado en su instrumentación didáctica.

A) Subraye la respuesta correcta.

1.-Éste factor nos indica los intervalos de medición de los instrumentos medidores de flujo.

Exactitud Perdida de presión Rango Tipo de fluido

2.-Una de sus aplicaciones se encuentra en la industria automotriz, en el carburado de los automóviles.

Tubo pitot Tubo venturi Tubo Anubar Tipo turbina

3.- Éste factor puede afectar el funcionamiento o medición de los instrumentos. En él se encuentran las propiedades y condiciones del fluido.

Perdida de presión Tipo de fluido Rango Exactitud



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4.- Al instalar la placa de orificio, en un tubería de flujo, ¿dónde se realiza la toma de baja presión?

Antes de la placa de orificio Después de la placa de orificio En la restricción de la placa

5.- Produce una señal de salida eléctrica utilizando una bobina insertada en

un carrete de la tubería. Dentro de la tubería cuenta con unas aspas que son accionadas por el flujo.

Tubo pitot Tipo turbina Placa de orificio Tubo venturi Tubo Anubar Ultrasónico

6.- Existen de dos tipos, Doppler y tránsito. Utiliza para su funcionamiento pares de instrumentos, uno emisor y otro receptor. Su señal de salida es eléctrica.

Medidor magnético Tipo turbina placa de orificio medidor

ultrasonido

7.- Es el elemento primario de medición de flujo más utilizado debido a sus características de bajo costo y funcionalidad.

Tubo venturi Placa de orificio Tubo pitot Medidor ultrasonido

8- Una gran desventaja de éste instrumento es la necesidad de un flujo

ligeramente conductor y con impurezas. Tipo turbina Tubo Anubar Ultrasónico Magnético

Tubo pitot

9.- Estos instrumentos producen una señal de salida eléctrica proporcional a la velocidad del flujo a través de la tubería.

Tubo pitot, placa de orificio, tipo turbina

Medidor magnético, tipo turbina, placa de orificio Ultrasonido, medidor magnético, turbina

Tipo turbina, medidor magnético, Anubar



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B) Identifica de los siguientes instrumentos primarios de medición.

Cuestionario:

a) ¿Cuál es la utilidad de un dispositivo sensor de flujo? b) ¿Cuáles son las unidades de medida convencionales en ésta variable de

proceso industrial? c) ¿Cuál es la importancia de poder realizar las mediciones de ésta variable

en los procesos industriales? d) ¿Cuáles son los instrumentos más importantes dentro de la medición del

flujo a nivel industrial? ¿En qué otras áreas laborales pueden aplicarse estos u otros medidores de flujo?

Bibliografía:




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PRÁCTICA No. 06 MEDIDORES DE TEMPERATURA

Objetivo

El estudiante recordará, de los temas vistos en clase, los distintos medidores de temperatura utilizados en la industria. Recordará sus características principales de operación y de utilización. Introducción:

Dentro de los procesos industriales, se cuenta con una gran variedad de sensores para poder realizar la medición de las variables de un proceso determinado. En ésta práctica solo abordaremos el tema de la temperatura y de los sensores especializados, por sus características, en la medición de ésta variable.

El estudiante trabajará en equipos con sus compañeros de clases. Debatirán entre ellos, para obtener las respuestas correctas de los reactivos de la práctica y plasmaran los resultados de sus conclusiones. Lo cual será revisado por el docente asignándole el valor de calificación considerado en su instrumentación didáctica. 1.- Subraye la respuesta correcta.

a) Es el sensor de temperatura más común utilizado industrialmente. Se hace con dos alambres de distinto material unidos en un extremo (soldados generalmente).

Termocupla Pirómetro Termómetro de vidrio

Bimetálico Circuitos integrados

b) Expresan la temperatura de tal forma que su valor cero, es equivalente al

estado ideal de las moléculas de esa porción de materia en estado estático o con energía cinética nula.

Escala Celsius Temperaturas relativas Escala Kelvin

Temperaturas absolutas



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c) Termocupla hecha a base de un alambre de hierro y otro de constantán.

R S B J T K d) Primeros dispositivos utilizados para la medición de la temperatura tanto en la

industria como fuera de ella.

Termocuplas y RTD Bimetálicos y Termopares

Termómetro de vidrio y bimetálicos RTD y Termopares

e) Esta característica, de los instrumentos de medición, se ve afectada por la mala calibración de los instrumentos, componentes internos, alimentación del equipo, etc.

Precisión Exactitud Rango Zona muerta Error

f) Consiste de la unión que se realiza con dos metales de diferente dilatación

lineal, se unen con el fin de producir efectos diferenciales. Utilizan el fenómeno de cambios volumétricos, para su funcionamiento.

Bimetálicos Pirómetros Termocuplas

Termómetro de vidrio RTD

g) Fluidos utilizados en los termómetros de vidrio para la medición de las

temperaturas.

Butano, mercurio, alcohol Alcohol, Pentano, Mercurio

Tolueno, Pentano, Butano h) Es uno de los instrumentos de NO CONTACTO más comunes.

Pirómetro Termistor Termopar Bimetálico RTD i) La cantidad que un material cambia en longitud con la temperatura.

Coeficiente de expansión térmica Dilatación específica

Coeficiente térmico



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j) Algunos de sus tipos son tipos J, K, R, S, B y finalmente T, que ya se encuentra descontinuado.

Termopar Pirómetro Termómetro de vidrio

Bimetálico Circuitos integrados

k) Son los tipos más utilizados de termocuplas. Ocupan aproximadamente el 80%

de las aplicaciones de dicho instrumento.

R, S, B S y T B, T, J K, J, B J y K K y T l) Termocuplas utilizadas casi exclusivamente en la industria siderúrgica por sus

características térmicas.

R, S, B S y T B, T, J K, J, B J y K K y T m) Son frágiles, requieren de una posición específica para funcionar, además de

tener un rango muy limitado de la variable. Razones por las cuales fueron reemplazados de sus aplicaciones industriales.

Termocuplas Termómetro de vidrio Bimetálicos

RTD Pirómetros

n) Es un dispositivo resistivo con semiconductores termosensibles cuya

resistividad varía en función de la temperatura (T). Termopar RTD Pirómetro Bimetálico Termistor o) Son aquellas que se refieren a patrones en base a los cuales fue establecida

una escala de uso común.

Escala Celsius Temperaturas relativas Escala Kelvin

Temperaturas absolutas p) Su principio de funcionamiento se basa en el hecho de que un metal al

calentarse, cambia su valor de resistencia. Termopar RTD Pirómetro Bimetálico Termistor



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2.- Menciona brevemente lo siguiente:

q) Los métodos empleados para realizar las mediciones de temperatura a través de los distintos instrumentos:

r) Los diferentes tipos de instrumentos empleados para medir la temperatura: 3.- Identifica de los siguientes instrumentos primarios de medición de temperatura.

Cuestionario:

a) ¿Cuáles son las utilidades de los dispositivos medidores de temperatura? b) ¿Cuáles son las unidades de medida convencionales en ésta variable de


en los procesos industriales? d) ¿Cuáles son los instrumentos más importantes dentro de la medición de la

temperatura a nivel industrial? ¿En qué otras áreas laborales pueden aplicarse estos u otros medidores de temperatura?

Bibliografía:




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PRÁCTICA No. 07 MEDIDORES DE NIVEL

Objetivo:

El estudiante recordará, de los temas vistos en clase, los distintos medidores de nivel utilizados en la industria. Recordará sus características principales de operación y de utilización. Introducción:

Dentro de los procesos industriales, se cuenta con una gran variedad de sensores para poder realizar la medición de las variables de un proceso determinado. En ésta práctica solo abordaremos el tema de la variable nivel y de los sensores especializados, por sus características, en la medición de ésta variable.

El estudiante trabajará en equipos con sus compañeros de clases. Debatirán entre ellos, para obtener las respuestas correctas de los reactivos de la práctica y plasmaran los resultados de sus conclusiones. Lo cual será revisado por el docente asignándole el valor de calificación considerado en su instrumentación didáctica. 1.- Subraye la respuesta correcta.

a) Éste método se basa en la diferencia entre el peso del cuerpo y la fuerza de flotación hacia arriba que el medio ejerce sobre el cuerpo (Ley de Arquímedes).

Flotador Método de columna de vidrio Desplazamiento

Medidor de capacitancia Burbujeo

b) Los instrumentos de flotador consisten en un flotador situado en el seno del

líquido y conectado al exterior del tanque indicando directamente el nivel. La conexión puede ser:

Directa, magnética o hidráulica Indirecta, remota, magnética

Directa, Remota, Indirecta



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c) Son las dos divisiones inmediatas en las que se clasifican los medidores de nivel, medidores de:

Sólidos y gases líquidos y plasmas Gases y plasmas

Líquidos y sólidos líquidos y gases

d) Algunos de los instrumentos de medición de nivel:

Flotador, bimetálico, tubo venturi Manómetro, Termistor, Diafragma

Flotador, mirilla vidrio, burbujeo

e) Este método de medición utiliza un cuerpo hueco el cual flota sobre la

superficie del líquido variando su posición de acuerdo a los cambios de nivel:

Tubo de vidrio Flotador Burbujeo desplazamiento

Medidor de capacitancia Ultrasonido f) Este método de medición actúa sobre un indicador por medio de palancas, su

rango está limitado por la dimensión del brazo de las palancas.

Tubo de vidrio Flotador Burbujeo desplazamiento

Medidor de capacitancia Ultrasonido

g) Éste método consiste en un tubo de vidrio con sus extremos conectados a bloques metálicos en un recipiente abierto o cerrado, en conjunto con tres válvulas del sistema.

Flotador Burbujeo desplazamiento

Medidor de capacitancia Método de columna de vidrio

h) En éste tipo de medición intervienen una sonda metálica y las paredes mismas

del tanque contenedor del fluido.





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i) Éste método realiza la medición de nivel midiendo la presión requerida para que un flujo constante de aire venza la presión hidrostática de un líquido.



j) Éstas son las desventajas de utilizar éste método de medición de nivel:

Requiere líneas, equipo y consumo de aire. Peligro de acumulación del medio en el tubo. No es adecuado para uso en recipientes presurizados.

Desplazamiento Burbujeo Método de columna de vidrio

Flotador Medidor de capacitancia

k) Su ventaja principal es la gran seguridad que ofrece en la lectura del nivel del

líquido pudiendo controlar con ellos la lectura de los otros tipos de aparatos de nivel.



2.- Menciona brevemente las ventajas y desventajas de los medidores de burbujeo y columna de vidrio.

3.- Identifica de los siguientes instrumentos primarios de medición de nivel.



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Cuestionario:

a) ¿Cuáles son las utilidades de los dispositivos medidores de nivel? b) ¿Cuáles son las unidades de medida convencionales en ésta variable de


en los procesos industriales? d) ¿Cuáles son los instrumentos más importantes dentro de la medición de la

variable nivel industrialmente? ¿En qué otras áreas laborales pueden aplicarse estos u otros medidores de nivel?

Bibliografía:




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PRÁCTICA No. 08 CARACTERISTICAS Y ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE CONTROL

Objetivo:

El estudiante recordará, de los temas vistos en clase, las características principales y los elementos básicos de un sistema de control a nivel industrial. Recordará las características principales de operación y de utilización de cada uno de ellos. Introducción:

Dentro de los procesos industriales, se cuenta con una gran variedad de sensores, elementos de indicación, de transmisión, de control, de muestreo, etc.; para poder realizar la medición y control de las variables de un proceso determinado. Todo esto dentro de las características de los sistemas de control de procesos a nivel industrial.

El estudiante trabajará en equipos con sus compañeros de clases. Debatirán entre ellos, para obtener las respuestas correctas de los reactivos de la práctica y plasmaran los resultados de sus conclusiones. Lo cual será revisado por el docente asignándole el valor de calificación considerado en su instrumentación didáctica. 1.- Define, con tus propias palabras, los siguientes términos:

Circuito de control.

Variable manipulada.

Punto de ajuste.

Señal de entrada.

Variable controlada.

Señal de error.

Lazo cerrado.

Sistema de control lineal. 2.- Describe las características principales de un sistema de lazo abierto y de lazo cerrado.



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3.- ¿Cuáles son los elementos característicos de un sistema de control? Elabora un diagrama a bloques para mencionarlos.

4-. Dibuja la simbología de las principales señales utilizadas en los sistemas de control.

Cuestionario:

a) ¿Cuáles son los dispositivos principales dentro de un sistema de control? Menciona sus principales características.

b) ¿Cuáles son las principales señales utilizadas por estos? Menciona sus valores más usuales.

Bibliografía:




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PRÁCTICA No. 09 FUNCION DE TRANSFERENCIA Y ESTRATEGIAS DE CONTROL

Objetivo:

El estudiante recordará, de los temas vistos en clase, las características principales de los sistemas de control y su Función de transferencia, así como las estrategias de control. Introducción:

Los sistemas de control tienen, dentro de sus principales características, la función de transferencia y las estrategias de control con las cuales se encuentran operando. La función de transferencia es, la relación entre la señal de entrada y la de salida, la que describe el funcionamiento de nuestro sistema y su comportamiento ante las distintas señales de entrada, errores y de perturbación.


1.- Calcula la función de transferencia de los siguientes diagramas de control.



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2.- Menciona las características de las siguientes estrategias de control, si es necesario utiliza también diagramas a bloques para describirlos:

On – Off.

Anticipado.

Retroalimentado.

SISO, SIMO, MISO, MIMO.

Cuestionario:

a) ¿Qué es la función de transferencia? Menciona sus principales características.

b) ¿Cuál es la importancia de ésta? c) Menciona la importancia de las estrategias de control.

Bibliografía:


manual de practicas instrumentación ing petrolera

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