TEMAS_CuRSO_ACTUALIZACION_2011

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CURSO DE ACTUALIZACION DE

INGENIERIA ELECTRICA

ELECTRONICA APLICADA Y

CONTROL DE PROCESOS

Ing. Jacob Astocondor Villar

[email protected]

Universidad nacional del callaoFacultad de Ingeniería eléctrica y

Electrónica

1JAV-2011UNAC-FIEE



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



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



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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