Manual Inducción Instrumentos - Luis Mendoza

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MANUAL DE INDUCCIÓN 
 
PARA INGENIEROS 
 
DE 
 
INSTRUMENTOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 3 
MANUAL DE INDUCCIÓN PARA INGENIERO DE INSTRUMENTOS 
 
ÍNDICE 
 
 PÁG. 
OBJETIVO 6 
 
CAPÍTULO 1 
 
ORGANIGRAMA DEL CORPORATIVO 7 
 
CAPÍTULO 2 
 
SIMBOLOGÍA DE INSTRUMENTOS 
 
2.1 DIAGRAMAS DE TUBERIAS DE INSTRUMENTOS (DTI) 9 
2.2 SIMBOLOS DE INSTRUMENTOS NORMA ISA-S5.1-84 (R 1992) 10 
 
CAPÍTULO 3 
 
ELEMENTOS PRIMARIOS DE MEDICIÓN 
 
3.1 TEMPERATURA 17 
3.1.1 TERMÓMETROS 18 
3.1.2 VARIACIÓN DE RESISTENCIA 20 
3.1.3 TERMISTORES 22 
3.1.4 TERMOPARES 23 
3.1.5 PIRÓMETROS DE RADIACIÓN 27 
3.2 PRESIÓN 34 
3.2.1 UNIDADES Y CLASES DE PRESIÓN 34 
3.2.2 ELEMENTOS MECÁNICOS 36 
3.2.3 ELEMENTOS ELECTROMECÁNICOS 40 
3.2.4 ELEMENTOS ELECTRÓNICOS DE VACÍO 44 
3.3 CAUDAL 48 
3.3.1 MEDIDORES VOLUMÉTRICOS 49 
3.3.1.1 INSTRUMENTOS DE PRESIÓN DIFERENCIAL 49 
3.3.1.2 ELEMENTOS DE AREA VARIABLE 56 
3.3.1.3 ELEMENTOS DE VELOCIDAD 61 
3.3.1.4 ELEMENTOS DE FUERZA 66 
3.3.1.5 ELEMENTOS DE TENSIÓN INDUCIDA 67 
3.3.1.6 DESPLAZAMIENTO POSITIVO 68 
3.3.1.7 REMOLINO (TORBELLINO) 73 
3.3.1.8 REMOLINO VORTEX 74 
3.3.1.9 OSCILANTE 74 
3.3.1.10 MEDIDOR LÁSER 75 
3.3.2 MEDIDORES DE CAUDAL MASA 76 
3.3.2.1 VOLUMÉTRICOS COMPENSADOS 76 
3.3.2.2 TÉRMICOS DE CAUDAL 78 
3.3.2.3 MOMENTO ANGULAR 80 
3.3.2.4 CORIOLISIS 81 
 4 
 PÁG. 
3.4 NIVEL 86 
3.4.1 MEDIDORES DE NIVEL DE LÍQUIDOS 86 
3.4.1.1 MEDIDA DIRECTA 87 
3.4.1.2 PRESIÓN HIDROSTÁTICA 91 
3.4.1.3 DESPLAZAMIENTO 96 
3.4.1.4 BASADOS EN CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS 98 
3.4.1.5 ULTRASONIDOS 100 
3.4.1.6 RADAR 101 
3.4.1.7 RADIACIÓN 103 
3.4.1.8 LÁSER 104 
3.4.1.9 MÁSICOS 105 
3.4.2 MEDIDORES DE NIVEL DE SÓLIDOS 108 
3.4.2.1 DETECTORES DE PUNTO FIJO 108 
3.4.2.2 DETECTORES CONTINUOS 112 
3.5 OTRAS VARIABLES 118 
3.5.1 VARIABLES FÍSICAS 
3.5.1.1 PESO 118 
3.5.1.2 VELOCIDAD 124 
3.5.1.3 DENSIDAD Y PESO ESPECÍFICO 126 
3.5.1.4 HUMEDAD 137 
3.5.1.5 PUNTO DE ROCÍO 142 
3.5.1.6 VISCOSIDAD Y CONSISTENCIA 146 
3.5.1.7 LLAMA 153 
3.5.1.8 OXÍGENO DISUELTO 157 
3.5.1.9 TURBIDEZ 158 
 3.5.1.10 RADIACIÓN SOLAR 159 
3.5.2 VARIABLES QUÍMICAS 160 
3.5.2.1 CONDUCTIVIDAD 160 
3.5.2.2 MEDICIÓN DE pH 162 
3.5.2.3 REDOX 165 
3.5.2.4 CONCENTRACIÓN DE GASES 166 
 
CAPÍTULO 4 
 
ELEMENTOS FINALES DE CONTROL 
 
4.1 VÁLVULAS DE CONTROL 172 
4.1.1 TIPOS DE VÁLVULAS 172 
4.1.2 CUERPO DE LA VÁLVULA 183 
4.1.3 TAPA DE LA VÁLVULA 184 
4.1.4 PARTES INTERNAS 185 
4.1.5 SERVOMOTORES 187 
4.1.6 TIPOS DE ACCÍONES DE LAS VÁLVULAS 192 
4.1.7 ACCESORIOS 193 
4.2 BOMBAS DOSIFICADORAS 202 
4.3 ACTUADORES DE VELOCIDAD VARIABLE 202 
 
 
 5 
CAPÍTULO 5 PÁG. 
 
EQUIPOS DE LAS PLANTAS DE PROCESO 
 
5.1 EQUIPOS DINÁMICOS 204 
5.1.1 BOMBAS 204 
5.1.2 COMPRESORES 213 
5.1.3 TURBINAS 218 
5.1.4 VENTILADORES 223 
5.2 EQUIPOS ESTÁTICOS 227 
5.2.1 CALENTADORES A FUEGO DIRECTO 227 
5.2.2 INTERCAMBIADORES DE CALOR 231 
5.2.3 TORRE DE DESTILACIÓN 235 
5.2.4 TANQUES DE ALMACENAMIENTO 236 
 
CAPÍTULO 6 
 
PROCESO DE LA REFINERÍA 
 
6.1 PROCESO GENERAL DE LA REFINERÍA 240 
6.2 PROCESO DE PLANTAS 243 
6.2.1 PLANTA COMBINADA BA 244 
6.2.2 PLANTA COMBINADA MAYA 246 
6.2.3 PLANTA COMBINADA MF 248 
6.2.4 PLANTA COQUIZADORA 250 
6.2.5 PLANTA DE ALQUILACIÓN 253 
6.2.6 PLANTA DE HIDROCARBUROS CH 256 
6.2.7 PLANTA DE HIDRÓGENO 258 
6.2.8 PLANTA DE RECUPERACIÓN DE AZUFRE 260 
6.2.9 PLANTA CATALÍTICA FCC N°1 262 
6.2.10 PLANTA CATALÍTICA FCC N°2 264 
6.2.11 PLANTA HDS DE GASOLEOS 266 
6.2.12 PLANTA HDS DE QUEROSINA/DIESEL 268 
6.2.13 PLANTA HDS DE TURBOSINA 270 
6.2.14 PLANTA MTBE 272 
6.2.15 PLANTA REFORMADORA DE NAFTAS 274 
6.2.16 PLANTA TAME 276 
6.2.17 PLANTA TRATAMIENTO NAFTA/COQUE 278 
6.2.18 PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS AMARGAS 281 
6.2.19 PLANTA TRATAMIENTO CON DEA 282 
6.2.20 PLANTA TERMOELÉCTRICA 284 
6.2.21 PLANTA DESMINERALIZADORA MD 286 
6.2.22 AREA TANQUES 288 
 
ANEXOS 
 
 I UNIDADES DE MEDICIÓN 291 
 II CONCEPTOS TEORICOS GENERALES 293 
 
BIBLIOGRAFÍA 298
 6 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
OBJETIVO 
 
 
Se pretende que este manual sirva para futuras generaciones de Ingenieros del 
área de Instrumentos, para que conozcan a grandes rasgos los procesos que 
tiene cada una de las plantas de proceso dentro de las instalaciones de la 
Refinería “Francisco I. Madero”; también este manual recopilará los temas 
básicos que son necesarios para comprender el funcionamiento de los 
elementos y equipos que están involucrados en el proceso de una planta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPITULO 1: 
 
ORGANIGRAMA 
 
DEL 
 
CORPORATIVO 
 
 
 
 
 
 
 7 
1. ORGANIGRAMA DEL CORPORATIVO “PEMEX REFINACIÓN” 
 
MISIÓN: 
 
Elaborar productos refinados del petróleo crudo con calidad certificada, para satisfacer la demanda de energéticos de nuestro mercado, 
maximizando la rentabilidad de nuestros procesos productivos y administrativos para el fortalecimiento de PEMEX REFINACIÓN, con 
seguridad y armonía con la comunidad y el medio ambiente. 
 
VISIÓN: 
 
Ser una Refinería líder de la Industria petrolera mundial, con niveles de excelencia con seguridad, calidad, eficiencia, rentabilidad y 
protección ambiental, que permiten un alto grado de competitividad, en un ambiente de compromiso y orgullo para sus trabajadores y la 
nación. 
 
ESTRUCTURA: 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPITULO 2: 
 
SÍMBOLOGIA 
 
DE 
 
INSTRUMENTOS 
 9 
2.1 DIAGRAMAS DE TUBERÍAS DE INSTRUMENTOS (DTI) 
 
Para mostrar un proceso y el control de procesos particularmente, se utilizan diagramas 
como es el P & Id o DTI (Diagrama de Tuberías e Instrumentación) o DPI (Diagrama de 
Proceso e Instrumentos). 
 
El P & ID (por sus siglas en inglés Diagrama de Tubería e Instrumentación) es la base 
de cualquier diseño de procesos. 
 
Las líneas en el DTI representan, la tubería que se requiere para operar el proceso. 
Así, el DTI es un "diagrama de rutas" de los caminos tomados por los diferentes fluidos 
del proceso. Las dimensiones de bombas y los tubos están contenidos en el DTI. Un 
DTI bien detallado, simplifica sus decisiones sobre cómo controlar o instrumentar el 
proceso. No todos los instrumentos mostrados en el P & ID trabajan como instrumentos 
de control. 
 
Los indicadores de presión, temperatura o registradores, son meramente indicadores. 
Todos aparecen en el DTI en su posición apropiada y los instrumentos incluidos en el 
DTI son aquellos que son básicos en el proceso y reflejan el conocimiento del 
diseñador en la operación. 
 
El DTI muestra el proceso entero y proporciona una guía completa para las 
operaciones del proceso y los instrumentos involucrados, también permiteal técnico, 
instrumentista o mecánico, visualizar todos los sistemas de control. 
Así, a pesar de su tamaño, el DTI es una herramienta valiosa. 
 
10 
2.2 SIMBOLOS DE INSTRUMENTOS NORMA ISA-S5.1-84 (R 1992) 
 
En instrumentación y control, se emplea un sistema especial de símbolos con el objeto de 
transmitir de una forma más fácil y específica la información. Esto es indispensable en el 
diseño, selección, operación y mantenimiento de los sistemas de control. 
 
Un sistema de símbolos ha sido estandarizado por la ISA (Sociedad de Instrumentistas de 
América). La siguiente información es de la norma: ANSI/ISA-S5.1-1984(R 1992). 
 
Hay que señalar que esta norma no es de uso obligatorio sino que constituye una 
recomendación a seguir en la identificación de los instrumentos. 
 
 
SÍMBOLOS DE LÍNEAS 
 
La simbología de líneas representa la información única y critica de los diagramas de 
instrumentación y tuberías. 
 
Las líneas indican la forma en que se interconectan los diferentes instrumentos así como 
las tuberías dentro de un lazo de control. 
 
Las líneas pueden indicar diferentes tipos de señales como son neumáticas, eléctricas, 
ópticas, señales digitales, ondas de radio etc. 
 
 
 
 
 
Conexión a proceso, enlace mecánico, o 
alimentación de instrumentos. 
 
 
 
Señal indefinida 
 
 ó 
 
Señal Eléctrica 
 
 
 
Señal Hidráulica 
 
 
 
Señal Neumática 
 
 
 
Señal electromagnética o sónica (guiada) 
 
 
 
Señal electromagnética o sónica (no 
guiada) 
 
11 
 
 
 
Señal neumática binaria 
 
 ó 
 
Señal eléctrica binaria 
 
 
 
Tubo capilar 
 
 
 
Enlace de sistema interno (software o 
enlace de información) 
 
 
 
Enlace mecánico 
 
 
Se sugieren las siguientes abreviaturas para representar el tipo de alimentación (o bien de 
purga de fluidos): 
 
 AS Alimentación de aire. 
 ES Alimentación eléctrica. 
 GS Alimentación de gas. 
 HS Alimentación hidráulica. 
 NS Alimentación de nitrógeno. 
 SS Alimentación de vapor. 
 WS Alimentación de agua. 
 
 
 
12 
SÍMBOLOS DE VÁLVULAS 
 
 
 
 
Válvula de 
compuerta 
 
 
 
Válvula de 
ángulo 
 
 
 
Válvula de 
Mariposa 
 
 
 
Válvula de 
 bola 
 
 
 
Válvula de 
tres vías 
 
 
 
 
Válvula de 
cuatro vías 
 
 
 
Válvula de 
globo 
 
 
 
Válvula de 
diafragma 
 
 
 
Válvula check 
 
 
 
Válvula de aguja 
 
 
 
Válvula Plug 
 
 
 
Válvula de 
descarga ó 
paro de check 
 
 
 
 
 
 
SÍMBOLOS DE ACTUADORES 
 
 
 
 
 
Diafragma de 
resorte opuesto 
 
 
 
 
Motor rotativo 
 
 
 
 
Cilindro sin 
posicionador 
simple acción 
 
 
 
 
Cilindro sin 
posicionador 
doble acción 
 
 
 
 
Cualquier cilindro 
 
 
 
 
Solenoide 
 
 
 
 
Digital 
 
 
 
 
Diafragma de 
presión 
equilibrada 
 
 
 
 
Electrohidráulica 
 
 
 
Actuador manual 
 
 
 
Indica piloto de 
resorte ó peso 
(solo para válvulas 
de alivio) 
 
13 
SÍMBOLOS DE ACCIÓN DEL ACTUADOR EN CASO DE FALLO EN LA ALIMENTACIÓN 
 
 
 
 
 
 
Válvula de dos vías 
abre en fallo 
 
 
 
 
Válvula de dos vías 
cierra en fallo 
 
 
 
 
 
Válvula de tres vías 
abre la vía A-C en 
fallo 
 
 
 
SÍMBOLOS GENERALES DE FUNCIONES O INSTRUMENTOS 
 
 
 UBICACIÓN 
PRIMARIA. 
NORMALMENTE 
ACCESIBLE AL 
OPERADOR 
 
MONTADO EN 
CAMPO 
UBICACIÓN 
AUXILIAR. 
NORMALMENTE 
ACCESIBLE AL 
OPERADOR. 
 
INSTRUMENTO 
DISCRETOS 
 
 
VISUALIZACIÓN 
COMPARTIDA, 
CONTROL 
COMPARTIDO. 
 
 
FUNCIÓN DE 
ORDENADOR 
 
 
 
CONTROL LÓGICO 
PROGRAMABLE (PLC) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Válvula de cuatro vías 
abre las vías A-C y 
D-B en fallo 
 
 
 
 
Cualquier válvula se 
bloquea en fallo (la 
posición no cambia) 
 
 
 
 
Cualquier válvula 
posición 
indeterminada en fallo 
 
14 
ELEMENTOS DE MEDICIÓN 
 
 
 
 
 
Placa orificio 
 
Tubo Pitot 
ó Annubar 
 
 
 
Tobera 
 
Medidor de 
flujo Másico 
 
 
 
Tubo Venturi 
 
Medidor de 
Vertedero 
 
 
 
Rotámetro 
 
Sensor de Placa 
 
 
 
Canal 
 
Caudalímetro 
Magnético 
 
 
 
Elemento 
tipo Hélice 
 
 
Medidor de caudal 
de Ultrasonidos 
 
 
Elemento de 
temperatura 
 
 
Indicador 
totalizador de 
desplazamiento 
positivo 
 
 
 
 
Elemento 
tipo turbina 
 
 
Sensor Votex 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
15 
 
IDENTIFICACIÓN DE INSTRUMENTOS 
 
 
 FUNCION 
 
 
 
 
 VARIABLE 
 
 
R
E
G
IS
T
R
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O
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IN
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IN
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U
P
T
O
R
 
(R) (I) (C) (RC) (IC) (Q) (A) (Y) (T) (E) (V) (CV) (SV) (G) (S) 
ANALISIS A AR AI AC ARC AIC AQ AA AY AT AE AV AS 
LLAMA B BI BC BIC BA BY BT BE BG BS 
CONDUCTIVIDAD C CR CI CC CRC CIC CA CY CT CE CV CS 
DENSIDAD D DR DI DC DRC DIC DA DY DT DE DV DS 
VOLTAJE E ER EI EC ERC EIC EA EY ET EE ES 
FLUJO F FR FI FC FRC FIC FO FA FY FT FE FV FCV FSV FG FS 
CORRIENTE I IR II IC IRC IIC IQ IA IY IT IE IS 
TIEMPO K KR KI KC KRC KIC KQ KA KY KT KE KV KS 
NIVEL L LR LI LC LRC LIC LA LY LT LE LV LCV LG LS 
HUMEDAD M MR MI MC MRC MIC MA MY MT ME MV MS 
PRESION P PR PI PC PRC PIC PA PY PT PE PV PCV PSV PS 
FRECUENCIA S SR SI SC SRC SIC SA SY ST SE SV SS 
VELOCIDAD S SR SI SC SRC SIC SQ SA SY ST SE SV SS 
TEMPERATURA T TR TI TC TRC TIC TA TY TT TE TE TCV TSV TS 
VISCOSIDAD V VR VI VC VRC VIC VA VY VT VE VV VG VS 
VIBRACION Y YR YI YC YRC YIC YA YY YT YE YS 
PESO W WR WI WC WRC WIC WQ WA WY WT WE WV WS 
INDEFINIDO X XR XI XC XRC XIC XA XY XT XE XV XS 
POSICION(*) Z ZR ZI ZC ZRC ZIC ZA ZY ZT ZE ZV ZG ZS 
MANUAL H HC HIC HA HV HS 
 
(*) Se le debe añadir uno de los siguientes sufijos: H, L, HH, LL, para indicar alto, bajo, muy alto ó muy bajo. 
Combinación improbable Combinación imposible
 
 
 
 
 
 
 
CAPITULO 3: 
 
ELEMENTOS PRIMARIOS 
 
DE 
 
MEDICIÓN 
 17 
3.1 MEDIDA DE TEMPERATURA 
 
La medida de la temperatura es una de las más comunes y de las más importantes que se 
efectúan en los procesos industriales. Casi todos los fenómenos físicos están afectados 
por ella. La temperatura se utiliza frecuentemente para inferir otras variables del proceso. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig1.- Campo de medida de los instrumentos de temperatura. 
 
Existen diversos fenómenos que son influidos por la temperatura y que son utilizados para 
medirla: 
 
a) variaciones en volumen o en estado de los cuerpos (sólidos, líquidos o gases) 
b) variación de resistencia de un conductor (sondas de resistencia) 
c) variación de resistencia de un semiconductor (termistores) 
d) f.e.m. creada en la unión de dos metales distintos (termopares) 
e) intensidad de la radiación total emitida por el cuerpo (pirómetros de radiación) 
f) otros fenómenos utilizados en laboratorio (velocidad del sonido en un gas, 
frecuencia de resonancia de un cristal etc.). 
 
De este modo se emplean los instrumentos siguientes: 
 
Termómetros de vidrio, termómetros bimetálicos, elementos primarios de bulbo y capilar 
rellenos de líquido, gas o vapor, termómetros de resistencia, termopares, pirómetros de 
radiación, termómetros ultrasónicos, termómetros de cristal de cuarzo. 
 18 
3.1.1 TERMÓMETROS 
 
3.1.1.1 Termómetro de vidrio 
 
El termómetro de vidrio consta de un depósito de vidrio que contiene, por ejemplo, 
mercurio y que al calentarse se expande y sube en el tubo capilar. Los márgenes de 
trabajo de los fluidos empleados son: 
 
Mercurio -35 °C hasta +280 °C 
Mercurio (tubocapilar lleno de gas) -35 °C hasta +450 °C 
Pentano -200 °C hasta +20 °C 
Alcohol -110 °C hasta +50 °C 
Tolueno -70 °C hasta +100 °C 
 
3.1.1.2 Termómetro bimetálico 
 
Los termómetros bimetálicos se fundan en el distinto coeficiente de dilatación de dos 
metales diferentes, tales como latón, monel o acero y una aleación de ferroníquel o invar 
(35,5 % de níquel) laminados conjuntamente. 
Las láminas bimetálicas pueden ser rectas o curvas, formando espirales o hélices (figura 
2). Un termómetro bimetálico típico contiene pocas partes móviles, sólo la aguja indicadora 
sujeta al extremo libre de la espiral o hélice y el propio elemento bimetálico. 
El eje y el elemento están sostenidos con cojinetes y el conjunto está construido con 
precisión para evitar rozamientos. No hay engranajes que exijan un mantenimiento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.2.-Termómetro bimetálico. 
 
El uso de termómetros bimetálicos es admisible para servicio continuo de 0 °C a 400 °C. 
Para indicación local se usan, preferiblemente, los termómetros bimetálicos de esfera 
orientable. De este modo, el operario puede leer la temperatura a distancia desde niveles 
distintos al de la instalación. 
 
3.1.1.3 Termómetros de bulbo y capilar 
 
Los termómetros tipo bulbo y capilar consisten esencialmente en un bulbo conectado por 
un capilar a una espiral. Cuando la temperatura del bulbo cambia, el gas o el líquido en el 
bulbo se expanden y la espiral tiende a desenrollarse moviendo la aguja sobre la escala 
para indicar la elevación de la temperatura en el bulbo. 
 19 
Hay cuatro clases de este tipo de termómetros: 
 
-Clase 1 Termómetros actuados por líquido. 
-Clase 11 Termómetros actuados por vapor 
-Clase 111 Termómetros actuados por gas. 
-Clase IV Termómetros actuados por mercurio. 
 
Los termómetros actuados por líquido tienen el sistema de medición lleno de líquido y 
como su dilatación es proporcional a la temperatura, la escala de medición resulta 
uniforme. Con capilares cortos hasta 5 metros y para evitar errores debidos a variaciones 
de la temperatura ambiente, sólo hay que compensar el elemento de medición (clase IB) 
(figura 3 a). En capilares más largos, hay que compensar también el volumen del tubo 
capilar (figura 3 b). Los líquidos que se utilizan son alcohol y éter. El campo de medición 
varía entre 150 °C hasta 500 °C, dependiendo del tipo de líquido que se emplee. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.3.- Termómetros actuados por líquido. 
 
Los termómetros actuados por vapor (figura 4 y 5) contienen un líquido volátil y se 
basan en el principio de presión de vapor. Al subir la temperatura aumenta la presión de 
vapor del líquido. La escala de medición no es uniforme, sino que las distancias entre 
divisiones van aumentando hacia la parte más alta de la escala. La presión en el sistema 
depende solamente de la temperatura en el bulbo. Por consiguiente, no hay necesidad de 
compensar la temperatura ambiente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.4.- Termómetros actuados por vapor (clase IIA y IIB). 
 20 
Los termómetros actuados por gas están completamente llenos de gas. Al subir la 
temperatura, la presión de gas aumenta proporcionalmente y por lo tanto estos 
termómetros tienen escalas lineales. La presión en el sistema depende principalmente de 
la temperatura del bulbo, pero también de la temperatura del tubo capilar y del elemento 
de medición, siendo necesario compensar la temperatura del ambiente en el sistema de 
medición. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.5.- Termómetros actuados por vapor (clase IIC y IID). 
 
Los termómetros actuados por mercurio (clase IV) son similares a los termómetros 
actuados por líquido (clase l). Pueden tener compensación en la caja y compensación total 
(figura 4). 
 
 
3.1.2 VARIACIÓN DE RESISTENCIA 
 
Sondas de resistencia 
 
La medida de temperatura utilizando sondas de resistencia depende de las características 
de resistencia en función de la temperatura que son propias del elemento detección. 
 
El elemento consiste usualmente en un arrollamiento de hilo muy fino del conductor 
adecuado bobinado entre capas de material aislante y protegido con un revestimiento de 
vidrio o de cerámica. 
 
El material que forma el conductor se caracteriza por el llamado "coeficiente de 
temperatura de resistencia" que expresa, a una temperatura especificada, la variación de 
la resistencia en ohmios del conductor por cada grado que cambia su temperatura. 
 
La relación entre estos factores puede verse en la expresión lineal siguiente: 
 
Rt = R0 (1 + α t ) 
En la que: 
 
R0 = resistencia en ohmios a 0 °C 
Rt = resistencia en ohmios a t °C 
 21 
α = coeficiente de temperatura de la resistencia cuyo valor entre 0 °C y 100 °C es de 
0,003850 Ω x Ωˉ¹ °C -1 en la Escala Práctica de Temperaturas Internacional (IPTS-68). 
 
Los materiales que se usan normalmente en las sondas de resistencia son el platino, el 
níquel y cobre. 
 
El platino es el material más adecuado desde el punto de vista de exactitud y de 
estabilidad pero presenta el inconveniente de su coste. Las formas de los elementos de 
platino son: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.6.- Elementos de sondas de resistencia de platino. 
 
El níquel es más barato que el platino y posee una resistencia más elevada con una mayor 
variación por grado, sin embargo, tiene como desventaja la falta de linealidad en su 
relación resistencia-temperatura y las variaciones que experimenta su coeficiente de 
resistencia según los lotes fabricados. 
 
El cobre tiene una variación de resistencia uniforme, es estable y barato, pero tiene el 
inconveniente de su baja resistividad. 
 
En la tabla 1 se indican las características de las sondas de resistencia de platino de 
níquel y de cobre: 
 
Tabla1.- Características de sondas de resistencia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Las bobinas que llevan arrollado el hilo de resistencia están encapsuladas y situadas 
dentro de un tubo de protección o vaina de material adecuado al fluido del proceso (acero, 
acero inox. 304, acero inox. 316, hastelloy, monel, etc.). 
 
 22 
En la figura 7 pueden verse las partes de una sonda de resistencia y en la figura 8 varios 
tipos de sondas con algunas conexiones al proceso (racord fijo es la forma más usual). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.7.- Partes de una termorresistencia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.8.- Tipos de sondas y conexiones. 
 
 
3.1.3 TERMISTORES 
 
Los termistores son semiconductores electrónicos con un coeficiente de temperatura de 
resistencia negativo de valor elevado, por lo que presentan unas variaciones rápidas y 
extremadamente grandes para los cambios relativamente pequeños en la temperatura. 
 
Los termistores se fabrican con óxidos de níquel, manganeso, hierro, cobalto, cobre, 
magnesio, titanio y otros metales, y están encapsulados en sondas y en discos. 
 
Los termistores se denominan también NTC (Negative Temperature Coeficient, coeficiente 
de temperatura negativo) existiendo casos especiales de coeficiente positivo cuando su 
resistencia aumenta con la temperatura (PTC, Positive Temperature Coeficient). 
 23 
La relación entre la resistencia del termistor y la temperatura viene dada por la expresión: 
 
 
 
 
En la que: 
 
R1 = resistencia en ohmios a la temperatura absoluta T1 
R0 = resistencia en ohmios a la temperatura absoluta de referencia T0 
β= constante dentro de un intervalo moderado de temperaturas. 
 
En la figura 9 se muestra las dimensiones de un termistor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.9.- Dimensiones de un termistor. 
 
Los termistores encuentran su principal aplicación en la medición, la compensación y el 
control de temperatura, y como medidores de temperatura diferencial. 
 
3.1.4 TERMOPARES 
 
El termopar se basa en el efecto descubierto por Seebeek en 1821, de la circulación de 
una corriente en un circuito cerrado formado por dos metales diferentes cuyas uniones 
(unión de medida o caliente y unión de referencia o fría) se mantienen a distinta 
temperatura (figura 10).Fig.10.- Termopar. 
 24 
Esta circulación de corriente obedece a dos efectos termoeléctricos combinados, el efecto 
Peltier (año 1834) que provoca la liberación o absorción de calor en la unión de los 
metales distintos cuando una corriente circula a través de la unión y el efecto Thomson 
(año 1854) que consiste en la liberación o absorción de calor cuando una corriente circula 
a través de un metal homogéneo en el que existe un gradiente temperaturas. 
 
Los termopares más comunes son: 
 
- Termopar tipo E, de cromel-constantán, puede usarse en vacío o en atmósfera 
inerte o medianamente oxidante o reductora. Este termopar posee la f.e.m. más 
alta por variación de temperatura. Es adecuado para temperaturas entre -200 a 
+900 °C. 
 
- Termopar tipo T, de cobre-constantán. Tiene una elevada resistencia a la corrosión 
por humedad atmosférica o condensación y puede utilizarse en atmósferas 
oxidantes o reductoras. Se prefiere generalmente para las medidas de temperatura 
entre -200 a +260 °C. 
 
- Termopar tipo J, de hierro-constantán, es adecuado en atmósferas con escaso 
oxígeno libre y para temperaturas entre -200 a +750 °C. La oxidación del hilo de 
hierro aumenta rápidamente por encima de +550 °C, siendo necesario un mayor 
diámetro del hilo hasta una temperatura límite de +7500 °C. 
 
- Termopar tipo K, de cromel-alumel, se recomienda en atmósferas oxidantes y a 
temperaturas de trabajo entre 500 °C y 1.250 °C. No debe ser utilizado en 
atmósferas reductoras ni sulfurosas a menos que esté protegido con un tubo de 
protección. Se utiliza para temperaturas entre -40 °C a 1.0000 °C. 
 
- Termopar tipo R o S, de platino-platino rodio, se emplea en atmósferas oxidantes 
y temperaturas de trabajo hasta 1.500 °C. Si la atmósfera es reductora el termopar 
debe protegerse con un tubo cerámico estanco. 
 
- Termopar tipo N, compuesto de hilo positivo de 14 % cromo, 1,4 % silicio y 84,6 % 
níquel, y el hilo negativo de 0,4 % silicio y 95,6 níquel. Protegido con aislamiento de 
óxido de berilio y camisa de molibdeno y de tantalio se emplea en atmósferas 
inertes o en vacío a las temperaturas de trabajo de 0 °C a 2316 °C. Ha aparecido 
recientemente en el mercado. Se caracteriza por su alta estabilidad. 
 
En la mayoría de ocasiones, no es deseable exponer los termopares (o los sensores de 
temperatura en general) directamente a las condiciones de un proceso. Por ello, se utilizan 
fundas o vainas de protección, para evitar los daños causados por erosión, corrosión, 
abrasión, y por los procesos de alta presión, en forma parecida a la sonda de resistencia. 
 
En la figura 11 pueden verse varios tipos de termopares con tubo de protección. El 
material del tubo de protección o vaina debe ser el adecuado para el proceso donde se 
aplica y suele ser de hierro, acero sin soldadura, acero inoxidable, inconel, cerámico, 
carburo de silicio, etc. 
 25 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Fig.11.- Tubos de protección y 
 vainas para termopares 
 26 
Cuando el termopar está instalado a una distancia larga del instrumento, no se conecta 
directamente al mismo, sino por medio de un cable de extensión o compensación (figura 
12). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.12.- Diagrama de un sistema pirométrico. 
 
 
Los cables de extensión son conductores con propiedades eléctricas similares a las del 
termopar que prolongan hasta ciertos límites de temperatura (0-200°C) y son más 
económicos. 
 
Se suelen utilizar los siguientes conductores: 
 
- Conductores tipo J para termopares tipo J. 
- Conductores tipo K o tipo T para termopares tipo K. 
- Conductores tipo T para termopares tipo T. 
- Conductores tipo E para termopares tipo E. 
- Conductores cobre-cobre níquel para termopares tipos R, S o B. 
 
Las conexiones entre el cable de compensación, el termopar y el instrumento deben ser 
perfectas, sin empalmes en el cable de compensación, utilizando el hilo correcto y el 
conjunto de la instalación debe evitar el paso próximo por fuentes de calor (aparece el 
efecto Thomson). 
 
Si estas recomendaciones no se cumplen aparecen tensiones térmicas de corriente 
continua que dan lugar a un desplazamiento en la calibración del instrumento. 
 
El termopar es susceptible al ruido eléctrico industrial debido a que durante su 
funcionamiento puede generar tensiones de 2 a 50 mV y se encuentra en un entorno 
donde las grandes máquinas eléctricas (motores, etc.) pueden crear cientos de milivoltios 
en el cable de conexión. 
 
 
 
 
 
 
 
 27 
Características de los termopares 
 
En la tabla 2 se muestran las características de los termopares: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.1.5 PIRÓMETROS DE RADIACIÓN 
 
Los pirómetros de radiación se fundan en la ley de Stefan-Boltzmann, que dice que la 
intensidad de energía radiante emitida por la superficie de un cuerpo, aumenta 
proporcionalmente a la cuarta potencia de la temperatura absoluta (KeIvin) del cuerpo, es 
decir: 
 
 
Siendo: 
 
W = intensidad de energía radiante 
K = constante 
T = temperatura absoluta del cuerpo 
 
Los pirómetros de radiación miden, pues, la temperatura de un cuerpo a distancia en 
función de su radiación. Existen varios tipos, el pirómetro óptico que capta la radiación 
luminosa entre 0,4 a 0,7 micras, el pirómetro de infrarrojos de 0,7 a 20 micras, el detector 
fotoeléctrico que mide la radiación térmica, el pirómetro de dos colores o de relación entre 
radiaciones correspondientes a dos bandas estrechas y el pirómetro de radiación total que 
mide toda la radiación emitida por el cuerpo. 
 
 28 
3.1.5.1 Pirómetros ópticos 
 
Los pirómetros ópticos manuales aparecieron en el mercado en el año 1900 y se basan en 
la desaparición del filamento de una lámpara al compararlo visualmente con la imagen del 
objeto enfocado. El operador varía la corriente de la lámpara hasta que el filamento de la 
misma deje de verse sobre el fondo del objeto caliente enfocado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.13.- Pirómetros ópticos. 
 
El sistema óptico del pirómetro restringe el ancho de onda de 0,65 a 0,66 micras (zona 
roja del espectro) y dispone de filtros para reducir la intensidad de la radiación recibida 
permitiendo la medida de un amplio margen de temperaturas. 
 
SIn embargo, sólo puede medirse la temperatura de objetos incandescentes o en fusión. 
 
 
3.1.5.2 Pirómetro de infrarrojos 
 
El pirómetro de infrarrojos capta la radiación espectral del infrarrojo, invisible al ojo 
humano, y puede medir temperaturas menores de 700 °C, supliendo al pirómetro óptico 
que sólo puede trabajar eficazmente a temperaturas superiores a 700 °C, la radiación 
visible emitida es significativa. Las temperaturas medidas abarcan desde valores inferiores 
a 0 °C hasta más de 2000 °C. 
 
En la figura 14 puede verse un esquema del pirómetro de infrarrojos. La lente filtra la 
radiación infrarroja emitida por el área del objeto examinado y la concentra en un sensor 
de temperatura fotorresistivo que la convierte en una señal de corriente y a través de un 
algoritmo interno del instrumento y de la emisividad del cuerpo enfocado, la pasa a un 
valor de temperatura. La señal de salida puede ser analógica (4-20 mA c.c.) o digital. 
 
La relación de la distancia del objeto al sensor y del tamaño de la imagen sobre la lente, 
varía entre 2:1 hasta 300: 1. Análogamente al pirómetro óptico, debe considerarse el 
coeficiente de emisión del cuerpo. 
 29 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.14.- Pirómetros de infrarrojos. 
 
El aparato dispone de un compensador de emisividad que permite corregir la temperatura 
leída, no sólo para la pérdida de radiación en cuerpos con emisividad menor que uno, sino 
también cuando hay vapores, gases, humos o materiales transparentes que se interponen 
en el camino de la radiación. Su respuesta es más rápida que la de los termopares 
alcanzando el 95 % del valor final en 1 milisegundo, por lo que se prestan a la medición de 
temperatura de objetosmóviles o de objetos que se calienten rápidamente. 
 
 
3.1.5.3 Pirómetro fotoeléctrico 
 
Los detectores fotoeléctricos o cuánticos (quantum) consisten en materiales semi-
conductores cristalinos tales como el indio antimonio (InSb), el silicio (Si), el sulfuro de 
plomo (PbS) y el sulfuro de cadmio (CdS) que responden a los fotones de radiación del 
cuerpo que se enfoca liberando cargas eléctricas a través de mecanismos de 
fotoelectricidad, fotoconducción o fotovoltaico. Responden a diferentes partes del 
espectro, de modo que muestran una gran selectividad en las ondas en que operan y su 
detectividad espectral es de 1 millón de veces mayor que los detectores térmicos. Estos 
semiconductores poseen una excelente relación señal-ruido, de modo que operando en 
longitudes de onda corta y bandas estrechas permiten medidas precisas de bajas 
temperaturas. 
 
La señal de salida depende de la temperatura instantánea del volumen del detector, por lo 
que evita los retardos inherentes al aumento de la temperatura de la masa del detector 
que existen en los otros modelos de pirómetros térmicos. La tensión eléctrica generada 
por el detector es: 
 
V = K T ³ 
 
Siendo: 
 
V = fuerza electromotriz 
K = constante 
T = temperatura absoluta del cuerpo 
 30 
Uno de los métodos clásicos para amplificar la señal es interrumpir la misma mediante un 
disco ranurado a varios cientos de hercios con lo que se obtiene una señal de corriente 
alterna que puede ser amplificada (figura 15). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.15.- Esquemas de funcionamiento de un detector fotoeléctrico. 
 
El instrumento con detector fotoeléctrico de uso general tiene un campo de trabajo de 
15°C a 3000 °C, pudiendo enfocar desde 1 metro hasta el infinito, posee una constante de 
tiempo de 2,20 o 200 milisegundos y puede llegar a tiempos de respuesta de 
nanosegundos, lo que es indudablemente una ventaja en la medida de cambios rápidos de 
temperatura o de movimientos rápidos del proceso cuando el ruido eléctrico que 
acompaña a la medida está dentro de límites aceptables. 
 
 
3.1.5.4 Pirómetro de dos colores 
 
El pirómetro de relación, o de dos colores, se basa en que la relación entra las radiaciones 
emitidas en dos bandas estrechas del espectro es función de la temperatura y de la 
relación entre emisividades del cuerpo correspondientes a las dos bandas. El instrumento 
dispone de un selector de relación de emisividades y de este modo, si la relación 
seleccionada es la correcta, el aparato puede indicar la temperatura real del objeto con 
una gran exactitud. Su empleo es excelente en los llamados cuerpos grises, es decir, 
aquellos cuyo coeficiente de emisión es constante para todas las longitudes de onda. 
 31 
Por otro lado, este pirómetro permite medir a través de atmósfera de humos, vapor y 
polvo, ya que, por su principio de funcionamiento, la lectura, es teóricamente 
independiente de la absorción de la atmósfera intermedia. 
 
Un pirómetro de dos colores divide básicamente la radiación del objeto en dos haces 
medidos por dos células fotoeléctricas de silicio similares, una de ellas dispone de un filtro 
que sólo deja pasar la radiación de longitud de onda más corta 10.65 micras) y la otra en 
la zona de 0,9 micras. La relación entre las dos corrientes de salida de la célula es una 
medida de la temperatura del objeto. 
 
El pirómetro es susceptible al ruido eléctrico, ya que las diferencias en intensidad en las 
dos bandas son relativamente pequeñas y además como las emisividades relativas son 
menos conocidas que el valor absoluto de la emisividad, los errores pueden ser muy 
grandes si un color es más afectado que el otro por el entorno o por cambios en el material 
(entorno ambiental, estado de la superficie, formación de óxido, etc.). 
 
 
3.1.5.5 Pirómetro de radiación total 
 
El pirómetro de radiación total está formado por una lente de pyrex, sílice o fluoruro de 
calcio que concentra la radiación del objeto caliente en una termopila formada por varios 
termopares de Pt – Pt / Rh, de pequeñas dimensiones y montados en serie. La radiación 
está enfocada incidiendo directamente en las uniones calientes de los termopares. Su 
reducida masa les hace muy sensibles a pequeñas variaciones de la energía radiante y, 
además, muy resistentes a vibraciones o choques. La parte de los termopares expuesta a 
la radiación está ennegrecida, para comportarse como un cuerpo negro, aumentando así 
sus propiedades de absorción de energía, y proporcionando la f.e.m. máxima. 
 
El pirómetro puede disponer de una lente posterior para enfocar correctamente la 
radiación en la termopila, de un dispositivo automático de seguridad para aislar la lente del 
proceso y proteger el pirómetro en el caso de que una llama lo alcance directamente y de 
los siguientes accesorios (figura 16). 
 
- Dispositivo de refrigeración por aire, que protege la lente contra un calentamiento 
excesivo y al mismo tiempo la mantiene limpia de los gases o vapores que pueden 
estar en contacto con el tubo de mira. 
- Dispositivo de refrigeración por agua, empleado usualmente con el dispositivo de 
refrigeración por aire. Este accesorio impide que el cuerpo del pirómetro se caliente 
excesivamente por conducción a lo largo del tubo de mira, o por radiación de otras 
fuentes. 
- Tubos de mira con extremo abierto, utilizados para proteger la lente o bien para 
impedir la llegada de radiaciones de otras fuentes extrañas a las que se está 
apuntando. 
- Tubos de mira con extremo cerrado, que se emplean en hornos con atmósfera a 
presión o con gases particularmente agresivos y en las medidas de temperatura de 
metales fundidos en los que el tubo de mira debe estar sumergido (por la existencia 
de escorias en la superficie del metal, que darían lugar a una temperatura leída 
 32 
errónea). El fondo del tubo es la fuente de radiación y las paredes laterales tienen 
poca influencia. Al ser el tubo cerrado, las condiciones de trabajo se aproximan a 
las de cuerpo negro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.16.- Dispositivos de refrigeración y tubos de protección. 
 
Los tubos de protección de los pirómetros de radiación pueden ser metálicos o cerámicos. 
Los primeros son de acero inoxidable o aleaciones metálicas resistentes al calor y a la 
corrosión y se emplean a temperaturas que no superan generalmente los 1. 100 °C. Los 
tubos cerámicas se utilizan hasta 1.650 °C. 
 
El fabricante normaliza la relación entre las dimensiones del objeto y su distancia a la 
lente, para garantizar unas buenas condiciones de lectura. De este modo existen 
pirómetros de radiación de ángulo estrecho (factor de distancia 20: 1) y de ángulo ancho 
(factor de distancia 7: 1) (figura 17). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.17.- Pirómetros de radiación de ángulos estrecho y ancho. 
 
Un problema de gran importancia es la selección del material de la lente que debe 
transmitir la máxima energía compatible con la gama de radiación emitida. 
 33 
Las lentes de pyrex se utilizan en el campo de temperaturas de 850 °C a 1.750 °C, la lente 
de sílice fundida en el intervalo de 450 °C a 1.250 °C y la lente de fluoruro de calcio para 
temperaturas inferiores. 
 
En la figura 18 puede verse algunas aplicaciones industriales de los pirómetros de 
radiación. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.18.- Aplicaciones industriales de los pirómetros de radiación. 
 34 
3.2 MEDIDAS DE PRESIÓN 
 
3.2.1 UNIDADES Y CLASES DE PRESIÓN 
 
La presión es una fuerza por unidad de superficie y puede expresarse en unidades tales 
como pascal, bar, atmósferas, kilogramos por centímetro cuadrado y psi (libras por 
pulgada cuadrada). 
 
En la tabla 1 figuran las equivalencias entre estas unidades. 
 
Tabla 1.- Unidades de presión. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
En la figura 1 se indican las clases de presión absoluta o diferencial que los instrumentos 
miden comúnmente en la industria. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.1.- Clases de presión. 
 
Presión absoluta quese mide con relación al cero absoluto de presión (puntos A y A' de 
la figura). 
 
Presión atmosférica es la presión ejercida por la atmósfera terrestre medida mediante un 
barómetro. A nivel del mar, esta presión es próxima a 760 mm. (29,9 pulgadas) de 
mercurio absolutos o 14,7 psia (libras por pulgada cuadrada absolutas) o bien 1,01325 bar 
o 1,03322 kg/cm². Y estos valores definen la presión ejercida por la atmósfera estándar. 
 35 
Presión relativa, que es la diferencia entre la presión absoluta y la atmosférica del lugar 
donde se realiza la medición (punto B de la figura). Hay que señalar que al aumentar o 
disminuir la presión atmosférica, disminuye o aumenta respectivamente la presión leída 
(puntos B' y B"), si bien ello es despreciable al medir presiones elevadas. 
 
Presión diferencial es la diferencia entre dos presiones, puntos C y C’. 
 
Vacío es la diferencia de presiones entre la presión atmosférica existente y la presión 
absoluta, es decir, es la presión medida por debajo de la atmosférica (puntos D, D' y D"). 
Viene expresado en mm columna de mercurio, mm columna de agua o pulgadas de 
columna de agua. Las variaciones de la presión atmosférica influyen considerablemente 
en las lecturas del vacío. 
 
En la figura 2 se representan los instrumentos de presión y su campo de aplicación. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.2.- Instrumentos de presión y campo de aplicación. 
 36 
3.2.2 ELEMENTOS MECÁNICOS 
 
Podemos dividirlos en elementos primarios de medida directa que miden la presión 
comparándola con la ejercida por un líquido de densidad y altura conocidas (barómetro 
cubeta, manómetro de tubo en U, manómetro de tubo inclinado, manómetro de toro 
pendular, manómetro de campana) y en elementos primarios elásticos que se deforman 
con la presión interna del fluido que contienen. 
 
Los elementos primarios elásticos más empleados son el tubo de Bourdon, el elemento en 
espiral, el helicoidal, el diafragma y. el fuelle. 
 
Los materiales empleados normalmente son acero inoxidable, aleación de cobre o níquel o 
aleaciones especiales como hastelloy y monel. 
 
3.2.2.1 Tubo de Bourdon 
 
El tubo de Bourdon es un tubo de sección elíptica que forma un anillo casi completo, 
cerrado por un extremo. Al aumentar la presión en el interior del tubo, éste tiende a 
enderezarse y el movimiento es transmitido a la aguja indicadora, por un sector dentado y 
un piñón. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig3.- Tubo de Bourdon. 
 37 
3.2.2.2 Elemento en Espiral 
 
El elemento en espiral se forma arrollando el tubo Bourdon en forma de espiral alrededor 
de un eje común y el helicoidal, arrollando más de una espira en forma de hélice. Estos 
elementos proporcionan un desplazamiento grande del extremo libre y, por ello, son 
ideales para los registradores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.4.- Elemento espiral. 
 
 
3.2.2.3 Diafragma 
 
El diafragma consiste en una o varias cápsulas circulares conectadas rígidamente entre sí 
por soldadura, de forma que al aplicar presión, cada cápsula se deforma y la suma de los 
pequeños desplazamientos son amplificadas por un juego de palancas. 
 
El sistema se proyecta de tal modo que, al aplicar presión, el movimiento se aproxima a 
una relación lineal en un intervalo de medida lo más amplio posible con un mínimo de 
histéresis y de desviación permanente en el cero del instrumento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.5.- Diafragma. 
 
 
 38 
3.2.2.4 Fuelle 
 
El fuelle es parecido al diafragma compuesto, pero de una sola pieza flexible axialmente, y 
puede dilatarse o contraerse con un desplazamiento considerable. 
 
 
 
 
 
 
 Fig.6.- Fuelle 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.2.2.5 Elementos primarios de presión absoluta 
 
Los elementos primarios de presión absoluta consisten en un conjunto de fuelle y muelle 
opuesto a un fuelle sellado al vacío absoluto. El movimiento resultante de la unión de los 
dos fuelles equivale a la presión absoluta del fluido. 
 
El material empleado para los fuelles es latón o acero inoxidable. Se utilizan para la 
medida exacta y el control preciso de bajas presiones, a las que puedan afectar las 
variaciones en la presión atmosférica. 
 
A señalar que los restantes elementos de presión descritos anteriormente (Bourdon, 
espiral, diafragma, fuelle) miden la presión relativa, ya que la presión del fluido se 
encuentra dentro del elemento, mientras que en el exterior actúa la presión atmosférica. 
 
En la medida de presiones de fluidos corrosivos pueden emplearse elementos primarios 
elásticos con materiales especiales en contacto directo con el fluido. Sin embargo, en la. 
Mayoría de los casos es más económico utilizar un fluido de sello de diafragma (glicerina o 
silicona), que llena totalmente la conexión de proceso del instrumento, cuando el fluido es 
altamente viscoso y obtura el elemento (tubo Bourdon, por ejemplo), o bien, cuando la 
temperatura del proceso es demasiado alta. 
 
Tal ocurre en la medición de presión del vapor de agua en que el agua condensada aísla 
el tubo Bourdon de la alta temperatura del vapor (figura 7 a). Se emplean asimismo sellos 
volumétricos de diafragma y de fuelle (figura 7 b y c) que contienen un líquido 
incompresible para la transmisión de la presión. Una rotura con escape del líquido de sello 
inhabilita el instrumento. 
 
 39 
Los instrumentos de presión deben estar aislados con una válvula de cierre para su 
desmontaje del proceso. Otra válvula de alivio es necesaria cuando la presión del proceso 
supera los 25 bar, para evitar un posible accidente en el desmontaje del aparato. De este 
modo, el operario cierra primero la válvula de aislamiento y abre a continuación la válvula 
de alivio para liberar la presión dentro de la toma interna de presión del aparato. Si no 
procediera así, el fluido podría accidentar al operario, al darle directamente en la cara al 
desenroscar el instrumento. 
 
El recorrido de la tubería de instalación debe hacerse siguiendo una inclinación hacia 
arriba si el fluido es un gas (posibles condensaciones de humedad o vapores) y hacia 
abajo si es un líquido (para la eliminación de burbujas de aire). 
 
En los casos en que la temperatura es alta, tal como la medida de presión de vapor de 
agua con un manómetro, es más barato utilizar una lira (pigtail) que enfría el vapor y lo 
condensa utilizando así el agua como fluido de sello. Si el fluido no condensa, basta una 
longitud de tubería relativamente larga para enfriarlo (el fluido no circula, por lo que la 
tubería no debe tampoco ser excesivamente larga). Longitudes mayores de 25 m 
requieren el uso de un transmisor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.7.- Tipos de sellos. 
 
Los tubos capilares de los separadores de diafragma deben instalarse cuidadosamente, 
aislados de cualquier fuente variable de calor (tuberías de traceado de vapor o proceso, 
etc.) y protegidos mecánicamente en bandejas. 
 
Si se conoce o se supone la existencia de vibraciones o pulsaciones (por ejemplo: tuberías 
cercanas a máquinas alternativas, bombas dosificadoras, etc.) se preverán, en fase de 
proyecto, manómetros con amortiguadores, o como alternativa manómetros especialmente 
diseñados para estos servicios. 
 
En algunos casos puede utilizarse el relleno de glicerina para protección de vibraciones o 
pulsaciones del proceso (figura 7 b). Si hay transmisión de vibraciones de alguna máquina 
o equipo, podrán utilizarse latiguillos flexibles. 
 
 40 
En general, los instrumentos de presión se conectan al proceso después de que las líneas 
han sido perfectamente lavadas y probadas hidrostáticamente. 
 
En la tabla 2 figura un resumen de los distintos elementos mecánicos de presión. 
 
Tabla2.- Elementos mecánicos de presión. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.2.3 ELEMENTOS ELECTROMECÁNICOS 
 
Los elementos electromecánicos de presión utilizan un elemento mecánico combinado con 
un transductor eléctrico que genera la señal eléctrica correspondiente. El elementomecánico consiste en un tubo Bourdon, espiral, hélice, diafragma, fuelle o una 
combinación de los mismos que a través de un sistema de palancas convierte la presión 
en una fuerza o en un desplazamiento mecánico. 
 
Los elementos electromecánicos se clasifican según el principio de funcionamiento en los 
siguientes tipos: 
 
- Transmisores electrónicos de equilibrio de fuerzas. 
- Resistivos. 
- Magnéticos 
- Capacitivos. 
- Extensiométricos. 
- Piezoeléctricos. 
 
 
 
 41 
3.2.3.1 Elementos resistivos 
 
Los elementos resistivos están constituidos de un elemento elástico (tipo Bourdon o 
cápsula) que varía la resistencia óhmica de un potenciómetro en función de la presión. El 
potenciómetro puede adoptar la forma de un solo hilo continuo, o bien estar arrollado a 
una bobina siguiendo un valor lineal o no de resistencia. 
 
 
 
 
 Fig.8.-Elemento 
resistivo. 
 
 
 
 
 
 
El movimiento del elemento de presión se transmite a un brazo móvil aislado que se apoya 
sobre el potenciómetro de precisión. Éste está conectado a un circuito de puente de 
Wheatstone. 
 
 
3.2.3.2 Elementos magnéticos 
 
Los elementos magnéticos se clasifican en dos grupos según el principio de 
funcionamiento: 
 
Los elementos de inductancia variable, donde el desplazamiento de un núcleo móvil 
dentro de una bobina aumenta la inductancia de ésta en forma casi proporcional a la 
porción metálica del núcleo contenida dentro de la bobina, de tal modo que, al ir 
penetrando el núcleo móvil dentro de la bobina, la corriente presente en el circuito se va 
reduciendo por aumentar la fuerza electromotriz de autoinducción. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.9.- Transductor de inductancia variable. 
 42 
Los elementos de reluctancia variable consisten en un imán permanente o un 
electroimán que crea un campo magnético dentro del cual se mueve una armadura de 
material magnético, al cambiar la posición de la armadura varía la reluctancia y por lo tanto 
el flujo magnético. Esta variación del flujo da lugar a una corriente inducida en la bobina 
que es, por tanto, proporcional al grado de desplazamiento de la armadura móvil. 
 
Ambos tipos de transductores posicionan el núcleo o la armadura móviles con un elemento 
de presión (tubo Bourdon, espiral, etc.) y utilizan circuitos eléctricos bobinados de puente 
de inductancias de corriente alterna. 
 
 
3.2.3.3 Elementos capacitivos 
 
Los elementos capacitivos se basan en la variación de capacidad que se produce en un 
condensador al desplazarse una de sus placas por la aplicación de presión. La placa móvil 
tiene forma de diafragma y se encuentra situada entre dos placas fijas. De este modo se 
tienen dos condensadores uno de capacidad fija o de referencia y el otro de capacidad 
variable, que pueden compararse en circuitos oscilantes o bien en circuitos de puente de 
Wheatstone alimentados con corriente alterna. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.10.- Transductor capacitivo. 
 
 
3.2.3.4 Elementos de galgas extensométricas 
 
Los elementos de galgas extensométricas se basan en la variación de longitud y de 
diámetro, y por lo tanto de resistencia, que tiene lugar cuando un hilo de resistencia se 
encuentra sometido a una tensión mecánica por la acción de una presión. 
 
Existen dos tipos de galgas extensométricas, galgas cementadas, formadas por varios 
bucles de hilo muy fino que están pegados a una hoja base de cerámica, papel o plástico, 
y galgas sin cementar, donde los hilos de resistencia descansan entre un armazón fijo y 
otro móvil bajo una ligera tensión inicial. 
 
 
 
 43 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.11.- Galgas extensométricas. 
 
La aplicación de presión estira o comprime los hilos, según sea la disposición que el 
fabricante haya adoptado, modificando la resistencia de los mismos. 
 
Las galgas extensométricas tienen una respuesta frecuencial excelente y pueden utilizarse 
en medidas estáticas y dinámicas. No son influidas por campos magnéticos, pero 
presentan una señal de salida débil, son muy sensibles a vibraciones tienen una 
estabilidad dudosa a lo largo del tiempo de funcionamiento. 
 
 
3.2.3.5 Elementos piezoeléctricos 
 
Los elementos piezoeléctricos son materiales cristalinos que, al deformarse físicamente 
por la acción de una presión, generan una señal eléctrica. Dos materiales típicos en los 
transductores piezoeléctricos son el cuarzo y el titanato de bario, capaces de soportar 
temperaturas del orden de 150 °C en servicio continuo y de 230 °C en servicio 
intermitente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.12.- Elementos piezoeléctricos. 
 
Son elementos ligeros, de pequeño tamaño y de construcción robusta. Su señal de 
respuesta a una variación de presión es lineal y son adecuados para medidas dinámicas, 
al ser capaces de respuestas frecuenciales de hasta un millón de ciclos por segundo. 
 
Tienen la desventaja de ser sensibles a los cambios en la temperatura y de experimentar 
deriva en el cero y precisar ajuste de impedancias en caso de fuerte choque. Asimismo, su 
señal de salida es relativamente débil por lo que precisan de amplificadores y 
acondicionadores de señal que pueden introducir errores en la medición. 
 44 
Los elementos de película delgada son sensores piezorresistivos adecuados para 
presiones superiores a 25 bar que consisten en membranas cubiertas con una capa de 
resistencia, cuyo valor cambia con la aplicación de presión. 
 
La membrana de acero inoxidable contiene una capa de aislamiento de SiO2 de espesor 
4-6 mm. Sobre dicha capa de resistencia y mediante un proceso fotolitográfico se cau-
terizan las bandas extensométricas y se van depositando otras capas, todo ello utilizando 
la tecnología de película delgada. La deformación de la membrana es mínima del orden 
de micras, por lo que posee buenas características dinámicas. 
 
En la tabla 3 pueden verse las características de los elementos electromecánicos 
descritos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.2.4 ELEMENTOS ELECTRÓNICOS DE VACÍO 
 
Los elementos electrónicos de vacío se emplean para la medida de alto vacío, son muy 
sensibles y se clasifican en los siguientes tipos: 
 
- Mecánicos: Fuelle y diafragma. 
- Medidor McLeod. 
- Térmicos: Termopar, Pirani, bimetal. 
- lonización: Filamento caliente, cátodo frío. 
 
 
 
 45 
3.2.4.1 Elementos mecánicos de fuelle y de diafragma 
 
Los elementos mecánicos de fuelle y de diafragma, trabajan en forma diferencial entre la 
presión atmosférica y la del proceso. Pueden estar compensados con relación a la presión 
atmosférica y calibrados en unidades absolutas. Al ser dispositivos mecánicos, las fuerzas 
disponibles a presiones del gas muy bajas son tan pequeñas que estos instrumentos no 
son adecuados para la medida de alto vacío, estando limitados a valores de 1 mm Hg abs. 
Pueden llevar acoplados elementos eléctricos del tipo de galga extensiométrica o 
capacitivos. 
 
En la figura 13 puede verse un medidor de vacío de capacitancia con diafragma. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig13.- Medidor de vacío de capacitancia con diafragma. 
 
 
3.2.4.2 Elementos de ionización 
 
Los elementos de ionización se basan en la formación de los iones que se producen en las 
colisiones que existen entre moléculas y electrones (o bien partículas alfa en el tipo de 
radiación). La velocidad de formación de estos iones, es decir la corriente iónica, varía 
directamente con la presión. Los forman el elemento de filamento caliente y el elemento de 
cátodo frío. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.14.- Elementos de ionización (filamento caliente y cátodo frío). 
 46 
3.2.4.3 Medidor McLeod 
 
El medidor McLeod se utiliza como aparato de precisión en la calibración de los restantes 
instrumentos. Se basa en comprimir una muestra del gas de gran volumen conocido a un 
volumen más pequeño y a mayor presión mediante una columna de mercurio en un tubo 
capilar. La presión del gas se deduce aplicando la ley de Boyle-Mariotte. Su intervalo de 
medida es de 5 a 10E-5 mm Hg. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.15.- Componentesdel medidor McLeod. 
 
 
3.2.4.4 Elementos térmicos 
 
Los elementos térmicos se basan en el principio de la proporcionalidad entre la energía 
disipada desde la superficie caliente de un filamento calentado por una corriente constante 
y la presión del gas ambiente cuando el gas está a bajas presiones absolutas. Son el 
elemento térmico de termopar, el elemento Pirani, y el elemento bimetálico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 47 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.16.- Transductores magnéticos. 
 
 
Características de elementos electrónicos de vacío 
 
 
Tabla 4.- Elementos electrónicos de vacío. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 48 
3.3 MEDIDAS DE CAUDAL 
 
 
En la mayor parte de las operaciones realizadas en los procesos industriales y en 
efectuadas en laboratorio y en plantas piloto es muy importante la medición de caudales 
de líquidos y gases. 
 
Existen dos tipos de medidores, los volumétricos que determinan el caudal en volumen del 
fluido, y los de masa que determinan el caudal masa. Se reservan los medidores 
volumétricos para la medida general de caudal y se destinan los medidores de caudal 
másico a aquellas aplicaciones en que la exactitud de la medida es importante, por 
ejemplo en las determinaciones finales del caudal del producto para su facturación. 
 
Los principios de medida de los medidores de caudal son: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 49 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.3.1 MEDIDORES VOLUMÉTRICOS 
 
Los medidores volumétricos determinan el caudal en volumen de fluido, bien sea 
directamente (desplazamiento), bien indirectamente por deducción o inferencia (presión 
diferencial, área variable, velocidad, fuerza, tensión inducida, torbellino). 
 
Hay que señalar que la medida de caudal volumétrico en la industria se lleva a cabo 
principalmente con elementos que dan lugar a una presión diferencial al paso del fluido. 
Entre estos elementos se encuentran la placa orificio o diafragma, la tobera, el tubo 
Venturi, el tubo Pitot y el tubo Annubar. 
 
 
3.3.1.1 INSTRUMENTOS DE PRESIÓN DIFERENCIAL 
 
Los elementos de presión diferencial se basan en la diferencia de presiones provocada por 
un estrechamiento en la tubería por donde circula el fluido (líquido, gas o vapor). La 
presión diferencial provocada por el estrechamiento es captada por dos tomas de presión 
situadas inmediatamente aguas arriba y aguas abajo del mismo, o bien a una corta 
distancia. 
 
 50 
3.3.1.1.1 ELEMENTOS DE PRESIÓN DIFERENCIAL. 
 
3.3.1.1.1.1 Placa orificio 
 
La placa orificio o diafragma consiste en una placa perforada instalada en la tubería. Dos 
tomas conectadas en la parte anterior y posterior de la placa, captan esta presión 
diferencial la cual es proporcional al cuadrado del caudal. La disposición de las tomas 
puede verse en la figura 1. 
 
Tomas en la brida (flange taps) (figura 1 a). Es bastante utilizada porque su instalación es 
cómoda ya que las tomas están taladradas en las bridas que soportan la placa y situadas 
a 1 " de distancia de la misma. 
 
Tomas en la vena contraída (vena contracta taps) (figura 1 b). La toma posterior está 
situada en un punto donde la vena alcanza su diámetro más pequeño, lo cual depende de 
la razón de diámetros y se presenta aproximadamente a 1/2 0 de la tubería. La toma 
anterior se sitúa a 1 0 de la tubería. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tomas radiales (radius taps). Son parecidas a las tomas de vena contraída, pero fijando 
siempre las tomas anterior y posterior a 1 y 1/2 0 de la tubería, respectivamente. 
 
Tomas en la cámara anular (corner taps) (figura 1 c). Las tomas están situadas 
inmediatamente antes y después del diafragma y requieren el empleo de una cámara 
anular especial. Se emplean mucho en Europa. 
 
 
 
 
 
 51 
Tomas en la tubería (pipe taps) (figura 1 d). Las tomas anteriores y posteriores están 
situadas a 2 1/2 y 8 0, respectivamente. Se emplean cuando se desea aumentar el 
intervalo de medida de un medidor de caudal dado. La situación de las tomas está en un 
lugar menos sensible a la medida. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
El orificio de la placa puede ser concéntrico, excéntrico o segmental, con un pequeño 
orificio de purga para los pequeños arrastres sólidos o gaseosos que pueda llevar el fluido 
(figura 2 a). Los dos últimos diafragmas permiten medir caudales de fluidos que contengan 
una cantidad pequeña de sólidos y de gases. La precisión obtenida con la placa es del 
orden de ± 1 % a ± 2 %. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.3.1.1.1.2 Tobera 
 
La tobera está situada en la tubería con dos tomas, una anterior y la otra en el centro de la 
sección más pequeña. La tobera permite caudales 60 % superiores a los de la 
placa-orificio en las mismas condiciones de servicio. Su pérdida de carga es de 30 % a 80 
% de la presión diferencial. Puede emplearse para fluidos que arrastren sólidos en 
pequeña cantidad, si bien, si estos sólidos son abrasivos, pueden afectar la precisión del 
elemento. El coste de la tobera es de 8 a 16 veces el de un diafragma y su exactitud es del 
orden de 0,95 % a 1,5 %. 
 
 
 
 52 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.3.1.1.1.3 Tubo ventiri 
 
El tubo Venturi (figura 2 c) permite la medición de caudales 60 % superiores a los de la 
placa orificio en las mismas condiciones de servicio y con una perdida de carga de sólo 10 
a 20% de la presión diferencial. Posee una gran precisión y permite el paso de fluidos con 
un porcentaje relativamente grande de sólidos, si bien, los sólidos abrasivos influyen en su 
forma afectando la exactitud de la medida. 
 
Para el cálculo de los diafragmas, toberas y tubos Venturi se utilizan normas variadas, 
entre las cuales se encuentran las siguientes: 
 
- ISO 5167-1980 Medida del flujo de fluidos por medio de placas-orificio, toberas o 
tubos Venturi, insertados en conductos de sección circular. 
- Intemational Organization for Standarization, Ginebra, Suiza. 
- Norma ASME 19.5 - Aowmeter Computation Handbook, American Society for 
Mechanical Engineers, New York, 1971. 
- Norma A.P.l. 2530 - Septiembre 1985 para gas natural. 
- Principle and Practice of Aow Meter Engineering L. K. Spink (1978). 
- Normas AGA-3 y AGA-7 - Gas Measurement Committe Report, American Gas 
Association, Cleveland, Ohio. 
 
En estas normas se indican las pérdidas de carga de los elementos y las condiciones de 
instalación en tramos rectos de las tuberías con distancias mínimas a codos, curvas, 
válvulas, etc. Cuando estas condiciones de distancia son críticas, se utilizan dispositivos 
llamados enderezadores de venas que dan un régimen laminar del fluido y permiten 
reducir el espacio recto necesario (figura 2 d). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.2.- Tipos de elementos. 
 53 
3.3.1.1.2 TUBO PITOT 
 
El tubo Pitot mide la diferencia entre la presión total y la presión estática, o sea, la presión 
dinámica, la cual es proporcional al cuadrado de la velocidad (figura 3). La ecuación 
correspondiente es: 
 
 
 
 
 
En la que: 
 
P2 = presión de impacto o total absoluta en el punto donde el líquido anula su 
velocidad; 
 P1 = presión estática absoluta en el fluido; 
 ρ = densidad; 
 V1 = velocidad del fluido en el eje del impacto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.3.- Tubo pitot. 
 
 
De aquí se deduce: 
 
 
 
 
 
 
 
El tubo Pitot es sensible a las variaciones en la distribución de velocidades en la sección 
de la tubería, de aquí que en su empleo es esencial que el flujo sea laminar disponiéndolo 
en un tramo recto de tubería. La máxima exactitud en la medida se consigue efectuando 
varias medidas en puntos determinados y promediando las raíces cuadradas de las 
velocidades medidas. 
 
 54 
3.3.1.1.3 TUBO ANNUBAR 
 
El tubo Annubar (figura 4) es una innovación del tubo Pitot y consta de dos tubos, el de 
presión total y el de presión estática. El tubo que mide la presión total está situado a lo 
largo de un diámetro transversal de la tubería y consta de varios orificios de posición 
crítica determinada por computador,que cubren cada uno la presión total en un anillo de 
área transversal de la tubería. Estos anillos tienen áreas iguales. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.4.- Tubo annubar. 
 
 
El tubo que mide la presión estática se encuentra detrás del de presión total con su orificio 
en el centro de la tubería y aguas abajo de la misma. 
 
El tubo Annubar es de mayor precisión que el tubo Pitot, del orden del 1 %, tiene una baja 
pérdida de carga y se emplea para la medida de pequeños o grandes caudales de líquidos 
y gases. 
 
 
3.3.1.1.4 TRANSMISOR DE FUELLE 
 
El transmisor de presión diferencial de fuelle (figura 5) contiene dos cámaras para la alta y 
baja presión. La alta presión comprime el fuelle correspondiente arrastrando la palanca de 
unión, el cable y un eje exterior cuyo movimiento actúa sobre el transductor neumático o 
electrónico. 
 
Un resorte de margen permite disponer de varias gamas de presión diferencial. La 
protección contra sobrecargas está asegurada por dos anillos de sello que cierran 
herméticamente el paso del líquido de llenado de un fuelle al otro, e impiden su 
destrucción ante una maniobra incorrecta. 
 
Otro accesorio es una válvula contra pulsaciones de caudal que restringe el paso del 
líquido de llenado entre los fuelles. 
 
 55 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.5a 
 
 
3.3.1.1.5 TRANSMISOR DE DIAFRAGMA 
 
El transmisor de presión diferencial de diafragma (figura 5 b) se diferencia del de fuelle en 
que la separación entre las dos cámaras se efectúa mediante diafragmas en lugar de 
fuelles, con lo cual el desplazamiento volumétrico es casi nulo. 
 
El cuerpo de estos transmisores suele ser de acero al carbono, acero inoxidable o 
aluminio, el fuelle o diafragma de acero inoxidable 316 (disponible también en monel, 
hastelloy C, teflón en inoxidable o Kel-F en monel) y el líquido de llenado silicona. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.5b. 
 
Las conexiones entre las tomas del diafragma y el convertidor de presión diferencial deben 
ser adecuadas al fluido a medir (figura 6). Con el objeto de aislar el instrumento se prevén 
3 válvulas que constituyen lo que se denomina un manifold; este tiene una doble misión, 
aislar el instrumento del proceso para su mantenimiento e igualar las presiones en las dos 
cámaras del instrumento en la puesta en marcha de la instalación. 
 56 
Si la tubería está sometida a una vibración fuerte, es aconsejable unir el instrumento al 
sistema mediante conexiones flexibles adecuadas a las condiciones de trabajo. 
 
Si el fluido es corrosivo o viscoso, o bien condensa o evapora, o bien se congela o se 
solidifica, es necesario utilizar sistemas de sello que aíslen el instrumento del proceso. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.6.- Conexiones entre el elemento y el transmisor de caudal 
 
 
 
3.3.1.2 ELEMENTOS DE ÁREA VARIABLE 
 
Los elementos de área variable se caracterizan por el cambio de área que se produce 
entre el elemento primario en movimiento y el cuerpo del medidor. Pueden asimilarse a 
una placa-orificio cuyo diámetro interior fuera variable dependiendo del caudal y de la 
fuerza de arrastre producida por el fluido. 
 
 
 
 57 
3.3.1.2.1 Rotámetros 
 
Los rotámetros son medidores de caudal de área variable en los cuales un flotador cambia 
su posición dentro de un tubo, proporcionalmente al flujo del fluido. El flotador está en 
equilibrio entre su peso, la fuerza de arrastre del fluido y la fuerza de empuje del fluido 
sobre el flotador. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.7.- Rotámetros 
 
El caudal depende del peso específico del líquido, de su viscosidad y de los valores de la 
sección interior del tubo, ya que la misma cambia según sea el punto de equilibrio del 
flotador. La condición de equilibrio del flotador, según las fuerzas que actúan sobre el 
mismo (figura 7) es: 
 
 
 
 
 
 
En las que: 
 
G = peso del flotador 
vf = volumen del flotador 
ρf = densidad del flotador 
ρl = densidad del fluido 
E = fuerza de arrastre del fluido sobre el flotador 
F = fuerza de empuje del fluido sobre el flotador 
Cd = coeficiente de arrastre del fluido sobre el flotador 
v = velocidad del fluido 
Af = área de la sección del flotador 
Aw = sección interior del tubo 
 
Resolviendo las ecuaciones anteriores, resulta: 
 
 
 
 
 58 
Los flotadores pueden tener varios perfiles de construcción. En la figura 8 pueden verse 
los más utilizados: 
 
- Esféricos (pos. l), para bajos caudales y poca precisión, con una influencia 
considerable de la viscosidad del fluido. 
- Cilíndrico con borde plano (pos. 2), para caudales medios y elevados con una 
influencia media de la viscosidad del fluido. 
- Cilíndrico, con borde saliente de cara inclinada contra el flujo (pos. 3), con menor 
influencia de la viscosidad que por sus características de caudal puede compararse 
a una tobera. 
- Cilíndrico, con bordes salientes contra el flujo (pos. 4) y con la mínima influencia de 
la viscosidad del fluido, que por su funcionamiento puede compararse a una placa, 
orificio o tobera. 
 
La figura 8 indica la influencia que la viscosidad del fluido puede tener en el coeficiente de 
descarga del rotámetro, señalando las características relativas de independencia de cada 
tipo de flotador. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.8.- Curvas de viscosidad. 
 
 
Según la aplicación, los rotámetros pueden dividirse en rotámetros de purga, de indicación 
directa para usos generales y armados con indicación magnética y transmisión neumática, 
electrónica y digital (figura 9). 
 
Los rotámetros de purga se utilizan para caudales muy pequeños. Algunas de sus 
aplicaciones típicas son la purga hidráulica de los sellos mecánicos de las bombas 
generales de la planta, la medición del nivel por burbujeo, la purga de elementos de 
presión diferencial para la medida de caudal evitando la obturación de las tuberías y la 
purga de instrumentos que trabajan en atmósferas corrosivas o polvorientas. 
 
Los rotámetros de vidrio de indicación directa pueden adoptar varias disposiciones: llevar 
placas laterales, estar cerrados con cuatro placas con ventana de cristal para ver el tubo; 
disponer de armadura de seguridad o blindada de cierre estanco para evitar que en caso 
de rotura del tubo el gas o el líquido interiores puedan dañar al operador; disponer de 
 59 
armadura antihielo con gel de sílice para evitar la presencia de humedad en el espacio 
entre la armadura y el tubo que podría impedir la visibilidad del flotador. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Los rotámetros armados incorporan un tubo metálico que no permite la lectura directa del 
caudal, por lo cual precisan pues de indicación o de transmisión. 
 
Los rotámetros se emplean asimismo conectados a las tomas de una placa-orificio o 
diafragma, es decir, como rotámetros by-pass. En esta aplicación, en lugar de medirse la 
presión diferencial mide el caudal del fluido que circula de la toma de alta presión, a la 
baja, debido a la presión diferencial creada por la placa. El rotámetro determina un caudal 
proporcional linealmente al caudal principal de paso por la tubería gracias a un segundo 
orificio situado en la tubería de by-pass y calibrado de tal forma que el flotador marca el 
100 % de la escala cuando el caudal que pasa a través de la placa-orificio en la tubería 
principal llega al 100 % con la presión diferencial máxima de cálculo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 60 
Como el rotámetro en by-pass mide caudal y no presión diferencial (utilizándose sólo la 
presión diferencial creada por la placa-orificio en la tubería principal como una bomba 
hidráulica que crea un caudal derivado del principal) la escala de medida es lineal y no de 
raíz cuadrada como sería de suponer siendo el elemento de medida un diafragma. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.9.- Tipos de rotámetros. 
 
Los transmisores neumáticos acoplados al rotámetro consisten en una leva que sigue 
magnéticamente el movimiento del flotador y que se encuentra situada entre dos toberas 
neumáticas.Estas toberas forman parte de un transmisor de equilibrio de movimientos. 
 
Los transductores electrónicos acoplados a rotámetros pueden ser potenciométricoso de 
puente de impedancias. Ambos disponen de una varilla que sigue magnéticamente el 
movimiento del flotador dentro del tubo y que acciona un potenciómetro, en el primero, y 
un transformador diferencial de núcleo móvil, el segundo. 
 
El transmisor analógico/digital (figura 10) es híbrido utilizando el protocolo HART, lo que le 
permite enviar la señal analógica de 4-20 mA c.c. y la señal Digital con el protocolo HART 
por el mismo par de hilos del transmisor electrónico analógico. 
 
Fig.10.- Rotámetro con transmisor analógico/digital 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 61 
El transmisor puede programarse mediante un comunicador portátil para indicación, 
transmisión e integración del caudal, factores de calibración y alarmas de alto y bajo 
caudal. Estos instrumentos tienen una exactitud del ± 1 % menor en toda la escala y una 
repetibilidad del ± 0,25%. 
 
El intervalo de medida de los rotámetros es usualmente de 1 a 10 (relación entre el caudal 
mínimo y el máximo) con una escala lineal. Su precisión es del orden de ± 2 % de toda la 
escala cuando están sin calibrar y de ± 1 % con calibración. Los rotámetros son 
adecuados para la medida de pequeños caudales llegando a límites mínimos de 0, 1 cm³ / 
minuto en agua y de 1 cm³ / minuto en aire. El valor máximo que pueden alcanzar es de 
3,5 m³ / minuto en agua y de 30 m³ / minuto. Pueden utilizarse en la medida de mayores 
caudales montándose como rotámetros by-pass en la tubería. 
 
 
3.3.1.3 ELEMENTOS DE VELOCIDAD 
 
3.3.1.3.1 Vertederos 
 
En la medición del caudal en canales abiertos, se utilizan vertederos de formas vanadas 
que provocan una diferencia de alturas del líquido en el canal entre la zona anterior del 
vertedero y su punto más bajo. El vertedero debe formar un ángulo recto con la dirección 
del caudal y el canal aguas arriba debe ser recto como mínimo en una distancia de 10 
veces la anchura. La diferencia de alturas debe medirse en un punto aguas arriba lo 
suficientemente alejado como para no ser influido por la curva de bajada de la superficie 
del agua y es conveniente incluso utilizar un pozo de protección (tubería de 0 ligeramente 
mayor que el flotador) para el flotador del instrumento de medida, caso de utilizar este 
sistema. 
 
El caudal es proporcional a la diferencia de alturas según la fórmula general empírica: 
 
 
 
Q = caudal en M3/S; 
K = constante que depende del tipo de vertedero; 
 l = anchura de la garganta del vertedero, en m; 
 H = diferencia máxima de alturas, en m; 
 n = exponente que depende del tipo de vertedero o canal. 
 
Los vertederos más empleados son de los siguientes tipos: 
 
Rectangular (figura 11 a) con contracción lateral, simple y fácil de construir y el más 
económico. Es apto para la medida de caudales de 0-60 M3/h a 0-2.000 M3/h. La fórmula 
de medida de caudales que suele usarse es la de Francis: 
 
 
 
 
 62 
Siendo “l” la anchura del rectángulo en m. 
 
El valor de 0,2 H viene sustituido por 0, 1 H si no hay contracción del manto vertido, es 
decir, si 1 = anchura del canal. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Triangular o en V (fig. 11 b) que consiste en una placa con un corte en V de vértice 
dirigido hacia abajo y con cada lado igualmente inclinado respecto a la vertical. A igualdad 
de tamaño, su campo de medida es más amplio que el de los otros vertederos. Es capaz 
de medir caudales dentro del intervalo 0-30 M3/h a 0-2.300 M3/h. La fórmula empírica 
aplicable es: 
 
 
Para un vertedero en V de 90 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Cipolleti o trapezoidal (figura 11 c) con la ranura en forma de trapecio invertido. La 
pendiente de los lados del trapecio corrige las contracciones laterales del manto de agua y 
el caudal es por lo tanto proporcional a la altura de la cresta. Su campo de medida 
equivale al del vertedero rectangular. La fórmula empírica es: 
 
 
 
 
 
 
 
 63 
El vertedero Parshall o Venturi (fig 11 d) se emplea normalmente en aquellas 
aplicaciones en las que un vertedero normal no es siempre adecuado tal como ocurre 
cuando el líquido transporta sólidos o sedimentos en cantidad excesiva, o bien cuando no 
existe altura de presión suficiente, o bien cuando no es posible, construir un tramo recto de 
longitud suficiente (un mínimo de 10 veces la anchura del canal). Puede utilizarse para 
caudales superiores a 0-30 M³/h. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.11.- Tipos de vertederos. 
 
El vertedero Parshall es de forma parecida al tubo Venturi. Consiste en paredes verticales 
y con el suelo inclinado en la estrangulación tal como puede verse en la figura 11 d. La 
descarga del fluido puede presentarse de dos formas: 
 
- Caudal libre cuando la elevación del agua después de la estrangulación es lo 
suficientemente baja como para impedir que el agua que se descarga retorne hacia 
atrás y no siga suavemente el perfil del elemento Parshall. 
- Caudal sumergido cuando el agua está a demasiada altura después de la 
estrangulación y vuelve hacia atrás. 
 
La condición de caudal libre se tiene cuando la relación de las alturas de cresta en la parte 
plana y en la parte final del elemento referidas al nivel plano Hu/Hd es menor de 0,6 para 
un elemento de garganta hasta 230 mm y menor de 0,7 para anchuras de garganta 
mayores de 300 mm. Relaciones mayores dan lugar a caudales del tipo sumergido en el 
cual el caudal es una función de Hu y Hd, mientras que en la condición de caudal libre el 
flujo es únicamente función de Hu. Se suele mantener generalmente esta condición. 
 
La ecuación general empírica del vertedero Parshall es: con los coeficientes de 
la tabla 1. 
 
Tabla 1.- Constantes de vertedero Parshall 
 
 
 
 
 
 
 
 
 64 
3.3.1.3.2 Medidores de turbina 
 
Los medidores de turbina (figura 12) consisten en un rotor que gira al paso del fluido con 
una velocidad directamente proporcional al caudal. La velocidad del fluido ejerce una 
fuerza de arrastre en el rotor; la diferencia de presiones debida al cambio de área entre el 
rotor y el cono posterior ejerce una fuerza igual y opuesta. De este modo el rotor está 
equilibrado hidrodinámicamente y gira entre los conos anterior y posterior sin necesidad de 
utilizar rodamientos axiales evitando así un rozamiento que necesariamente se produciría. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.12.- Medidor de turbina. 
 
Existen dos tipos de convertidores para, captar la velocidad de la turbina. En el de 
reluctancia la velocidad viene determinada por el paso de las palas individuales de la 
turbina a través del campo magnético creado por un imán permanente montado en una 
bobina captadora exterior. El paso de cada pala varía la reluctancia del circuito magnético. 
Esta variación cambia el flujo induciendo en la bobina captadora una corriente alterna que, 
por lo tanto, es proporcional al giro de la turbina. 
 
En el tipo inductivo el rotor lleva incorporado un imán permanente y el campo magnético 
giratorio que se origina induce una corriente alterna en una bobina captadora exterior. 
 
En ambos casos la frecuencia que genera el rotor de turbina es proporcional al caudal 
siendo del orden de 250 a 1.200 ciclos por segundo para el caudal máximo. 
 
 
 
 65 
3.3.1.3.3 Transductores ultrasónicos 
 
Los transductores de ultrasonidos se basan en el fenómeno “ultrasónico” caracterizado 
porque las pequeñas perturbaciones de presión en el seno de un fluido se propagan a una 
velocidad, la del sonido, relativa al fluido. Si, además, el fluido posee también velocidad, 
entonces la velocidad absoluta de la propagación de la perturbación de presión es la suma 
algebraica de ambas. En la práctica, las pequeñas perturbaciones de presión son 
pequeñas crestas de ondas sinusoidales cuya frecuencia está por encima del rango 
audible para el ser humano, sobre los 20.000 Hz, siendo 10.000 Hz un valor habitual. 
 
Los transductores de cristal piezométrico