Medición y Control de Procesos Industriales - G Villalobos

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MEDICIÓN Y CONTROL 
DE PROCESOS INDUSTRIALES
medicion.indb 3 18/10/2006 10:07:01 a.m.
DIRECTORIO
DR. JOSÉ ENRIQUE VILLA RIVERA
Director General
DR. EFRÉN PARADA ARIAS
Secretario General
DR. JOSÉ MADRID FLORES
Secretario Académico
ING. MANUEL QUINTERO QUINTERO
Secretario de Extensión e Integración Social
DR. LUIS HUMBERTO FABILA CASTILLO
Secretario de Investigación y Posgrado
DR. VÍCTOR MANUEL LÓPEZ LÓPEZ
Secretario de Servicios Educativos
DR. MARIO ALBERTO RODRÍGUEZ CASAS
Secretario de Administración
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Secretario Técnico
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Secretario Ejecutivo de la Comisión de Operación
y Fomento de Actividades Académicas
ING. JESÚS ORTIZ GUTIÉRREZ
Secretario Ejecutivo del Patronato
de Obras e Instalaciones
ING. JULIO DI-BELLA ROLDÁN
Director de XE-IPN TV Canal 11
LIC. LUIS ALBERTO CORTÉS ORTIZ
Abogado General
LIC. ARTURO SALCIDO BELTRÁN
Director de Publicaciones
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MEDICIÓN Y CONTROL 
DE PROCESOS INDUSTRIALES
Gustavo Villalobos Ordaz
Raúl Rico Romero
Fernando Eli Ortiz Hernández
Marcela Adriana Montúfar Navarro
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
– México –
medicion.indb 5 18/10/2006 10:07:02 a.m.
Medición y control de procesos industriales
Primera edición: 2006
ISBN: 970-36-0339-4
D.R. © 2006 InstItuto PolItécnIco nacIonal
Dirección de Publicaciones
Tresguerras 27, 06040, México, DF.
Impreso en México / Printed in Mexico
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Con todo cariño a la memoria de mis padres Ignacia y Gustavo.
Gustavo Villalobos Ordaz
Con cariño a mis hijos Raúl, Marco Antonio, y María Esther. A mi esposa Gary, como un regalo 
de amor, por su esfuerzo y dedicación. A mi mamá Aurora (Lola) como un reconocimiento a 
su amor y prudencia. A Martha Pohls, por toda su ayuda en la elaboración de este libro. A mi 
escuela esperando con esta pequeña aportación ayudar para que día con día, se engrandezca. 
Raúl Rico Romero
Con amor para Inés.
Fernando Eli Ortiz Hernández
A mi hijo Ignacio Maximiliano con todo mi amor y cariño.
Marcela Adriana Montúfar Navarro
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�
 Contenido
Capítulo 1
DEFINICIONES
Interpretación de las especificaciones ................................................................1�
Rango (Range) ............................................................................................................20
Rango de medición ...................................................................................................20
Alcance (Span)...........................................................................................................20
Rango con cero elevado ..........................................................................................21
Rango con cero suprimido ......................................................................................21
Variabilidad del rango (Rangeability) ................................................................21
Exactitud (Accuracy) ...............................................................................................21
Exactitud basada en el valor más alejado ..........................................................22
Exactitud basada en la desviación promedio .....................................................22
Exactitud basada en la desviación estándar ......................................................22
Error de medición .....................................................................................................23
Error de incertidumbre ...........................................................................................23
Precisión .....................................................................................................................24
Repetibilidad ..............................................................................................................24
Reproducibilidad .......................................................................................................24
Resolución ..................................................................................................................25
Sensitividad (Función de transferencia) ...........................................................26
Linealidad ..................................................................................................................26
Histéresis ....................................................................................................................27
Banda muerta (Dead zone or dead band) .............................................................28
Corrimiento del cero ...............................................................................................28
Ruido ............................................................................................................................2�
Términos dinámicos ..................................................................................................2�
Tiempo de respuesta ..................................................................................................30
Términos relacionados con la energía ................................................................31
Términos relacionados con la operación ...........................................................32
Unidades de medición ..............................................................................................32
Unidades del Sistema Internacional (SI) ............................................................32
Prefijos ........................................................................................................................33
Unidades inglesas .....................................................................................................34
Masa y peso .................................................................................................................35
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Calibración ................................................................................................................35
Estándares ..................................................................................................................36
Laboratorio de calibración ....................................................................................37
Estándares de laboratorio .....................................................................................37
Certificados y registros de calibración ..............................................................38
Resumen .......................................................................................................................3�
Capítulo 2
SÍMBOLOS Y DIAGRAMAS
Simbología ..................................................................................................................41
Identificación del lazo............................................................................................44
Instrumentos con igual identificación funcional ...........................................44
Símbolos de las señales de la instrumentación .................................................45
Empleo de los símbolos ............................................................................................45
Símbolos para diferentes variables .......................................................................47
Temperatura ...............................................................................................................48
Presión ........................................................................................................................4�
Nivel ............................................................................................................................4�
Flujo .............................................................................................................................50
Elementos finales de control................................................................................50
Símbolos varios ..........................................................................................................52
Diagramas ...................................................................................................................52
Diagrama de ubicación ...........................................................................................54
Diagramas de lazos ..................................................................................................54
Diagrama de instalación ........................................................................................55
Diagrama de alambrado ..........................................................................................55
Resumen .......................................................................................................................62
Capítulo 3
TEMPERATURA
Temperatura ...............................................................................................................63
Dilatación .................................................................................................................64
Por qué se dilatan los sólidos ...............................................................................65
Dilatación lineal .....................................................................................................65
Coeficiente de dilatación lineal ...........................................................................65
Dilatación superficial y volumétrica ..................................................................66
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Dilatación en líquidos ............................................................................................67
Comportamiento de los gases .................................................................................67
Transformación isotérmica ..................................................................................68
Transformación isobárica ......................................................................................68
Dilatación en los gases ...........................................................................................6�
Calor ...........................................................................................................................6�
Transmisión de calor ...............................................................................................70
Capacidad térmica ....................................................................................................71
Calor específico ........................................................................................................72
Estado físico cambiante (Calor de absorción) ...................................................72
Escalas de temperatura ...........................................................................................72
Escalas de calibración ...........................................................................................73
Estándares primarios y secundarios .....................................................................77
Aplicación industrial de mediciones de temperatura ......................................77
Clasificación por método de detección ...............................................................78
Rangos ........................................................................................................................78
Detección de temperatura mediante cambios de color y forma ....................7�
Resumen .......................................................................................................................83
Capítulo 3.1
INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN ELÉCTRICA
Termopares ................................................................................................................85
Propiedades de termopares .....................................................................................�3
Materiales de los termopares ................................................................................�4
Tablas de temperatura-milivoltaje .......................................................................�4
Relación voltaje-temperatura para diferentes termopares ............................�5
Respuesta de diferentes termopares ......................................................................�6
Conversión de temperatura a voltaje ..................................................................�6
Polaridad....................................................................................................................�8
Alambres de extensión ...........................................................................................100
Fabricación ...............................................................................................................100
Tipos de uniones ......................................................................................................101
Termopozos ...............................................................................................................105
Consideraciones de diseño. ...................................................................................106
Selección del termopar y del tipo de alambre. .................................................107
Tamaño de alambre .................................................................................................10�
Blindaje .....................................................................................................................110
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Circuitos de medición ............................................................................................113
Compensación de temperatura ambiente ...........................................................113
Compensación con resistencias ...........................................................................114
Compensación con circuitos electrónicos........................................................114
Conceptos de transductores resistivos de temperatura ................................115
Efectos de la temperatura en los conductores ...............................................116
Coeficiente de temperatura de la resistencia ..................................................116
Bulbo de resistencia RTD ......................................................................................118
Características de los materiales ......................................................................11�
Construcción de un RTD ......................................................................................11�
Terminales de conexión .........................................................................................120
Configuración de alambres de conexión ...........................................................121
Fundas y cabezas .....................................................................................................121
El elemento sensor .................................................................................................122
Características ......................................................................................................123
Termopozos para los RTD .....................................................................................124
Circuitos puente con RTD ....................................................................................125
Errores en la medición ..........................................................................................126
Ventajas y desventajas de los RTD´s...................................................................12�
Termistores .............................................................................................................12�
Tipos de termistores ...............................................................................................130
Característicasbásicas de los termistores ......................................................130
Resistencia fría .......................................................................................................131
Resistencia caliente ...............................................................................................131
Resistencia contra temperatura .........................................................................131
Voltaje contra corriente ......................................................................................132
Corriente contra tiempo ......................................................................................132
Temperatura estándar de referencia .................................................................133
Rangos de operación ..............................................................................................133
Constante de tiempo ...............................................................................................134
Constante de disipación ( d ) .................................................................................134
Sensitividad ..............................................................................................................134
Coeficiente de temperatura ..................................................................................134
Potencia (Máxima Pm) ............................................................................................134
Fabricación ...............................................................................................................136
Aplicaciones ............................................................................................................138
Circuitos integrados para medición de temperatura ....................................140
Resumen .....................................................................................................................144
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Capítulo 3.2
TERMÓMETROS
Termómetros bimetálicos ......................................................................................145
Dilatación lineal ...................................................................................................145
Termómetro de vidrio ............................................................................................150
Termómetros de sistema lleno .............................................................................152
Clasificación de los sistemas llenos ..................................................................153
Sistemas llenos de líquido ....................................................................................153
Sistemas de presión de vapor ................................................................................156
Sistemas llenos de gas ...........................................................................................15�
Clasificación de termómetros clase III .............................................................15�
Sistemas llenos de mercurio .................................................................................160
Clasificación de termómetros clase V ..............................................................161
Bulbos, termopozos y tubos capilares .................................................................161
Tipos de bulbos de los termómetros ....................................................................162
Características de respuesta................................................................................162
Transmisores de temperatura para sistema de bulbo ......................................163
Ventajas y desventajas ...........................................................................................164
Resumen .....................................................................................................................165
Capítulo 3.2
PIROMETRÍA
Actividad molecular y radiación electromagnética .....................................167
Definición de pirometría .......................................................................................16�
Emisividad .................................................................................................................170
Relación energía radiante-temperatura ..........................................................172
Intensidad contra longitud de onda .................................................................173
Pirómetros y longitudes de onda ........................................................................174
Pirómetros de banda angosta (Pirómetros ópticos)........................................174
Pirómetro óptico manual .....................................................................................175
Usos de un pirómetro óptico ................................................................................176
Pirómetros ópticos automáticos .........................................................................177
Pirómetros de banda amplia (Pirómetros de radiación) ................................178
Uso de los pirómetros de banda ancha ..............................................................180
Pirómetros pasabanda............................................................................................181
Correcciones en las lecturas ..............................................................................182
Resumen .....................................................................................................................184
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Capítulo 4
CLASIFICACIÓN DE LAS PRESIONES
Presión en líquidos .................................................................................................186
Definición de presión .............................................................................................187
Unidades de medición de presión .........................................................................187
El volumen de un líquido y su relación con la presión .................................188
Densidad y densidad relativa ...............................................................................188
El concepto “head” para la medición de niveles de líquidos........................1�0
Presión en líquidos .................................................................................................1�1
Presión manométrica y presión absoluta ..........................................................1�2
Medición de presión en líquidos ..........................................................................1�3
Medición de presión en gases ...............................................................................1�6
Modelo de un gas ....................................................................................................1�6
Volumen y presión de un gas.................................................................................1�7
Relación entre presión y temperatura de un gas .............................................1�7
Tipos de presión .......................................................................................................1�8
Presión en una tubería ..........................................................................................1��
Resumen .....................................................................................................................201
Capítulo 4.1
SENSORES DE PRESIÓN
 
Instrumentos sensores de presión húmedos y secos .........................................203
Manómetros húmedos ............................................................................................203
Balanza de pesos muertos .....................................................................................206
Manómetros secos ..................................................................................................207
Sensores de tubo de bourdón ................................................................................208
Cuidados deltubo bourdón ..................................................................................213
Medición de presión con diafragma ...................................................................215
Medición de presión con cápsula ........................................................................216
Medición de presión con fuelle ...........................................................................217
Resumen .....................................................................................................................21�
Capítulo 4.2
TRANSDUCTORES DE PRESIÓN
Transductor de presión neumático .....................................................................221
Transductor de presión electrónico ..................................................................224
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Transductor de presión tipo potenciométrico .................................................224
Transductor de presión mediante capacitancia variable ..............................226
Transductor de presión mediante reluctancia ................................................228
Servotransductores de presión ...........................................................................230
Transmisor tipo medidor de esfuerzos (Strain gauge) ....................................233
Transductores de presión en base al efecto piezorresistivo .........................235
Interruptor de Presión ..........................................................................................237
Resumen .....................................................................................................................240
Capítulo 5
MEDICIÓN DE NIVEL
Nivel de líquidos en tanques abiertos y cerrados ...........................................241
Indicación visual de nivel con mirillas e indicadores de vidrio .................242
Medición de nivel por burbujeo ...........................................................................243
Sistema de caja con diafragma ............................................................................245
Transmisor de nivel de brida con diafragma ...................................................245
Medición de nivel con instrumentos tipo flotador y desplazador .............250
Flotador y cable ......................................................................................................254
Medidor tipo radiactivo .......................................................................................255
Transmisor de nivel por ultrasonido ................................................................256
Medidor de nivel tipo capacitivo ........................................................................25�
Medición de nivel de sólidos ................................................................................262
Instrumentos para control de un punto de nivel ...........................................262
Interruptor tipo diafragma ..................................................................................263
Interruptor de nivel tipo paleta .........................................................................264
Interruptor de nivel de cono colgante .............................................................265
Interruptor de nivel tipo celda ...........................................................................266
Medición continua de nivel de sólidos..............................................................266
Resumen .....................................................................................................................268
BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................26�
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17
INTRODUCCIÓN
El mundo de la instrumentación y el control de procesos está entrando en una era de 
cambio total, en donde los dispositivos de medición se vuelven cada vez más rápidos 
mediante el manejo de señales digitales, de equipos más sofisticados, y las comuni-
caciones estándares se mueven al mismo ritmo y por consiguiente los principios de 
operación de la mayoría de la instrumentación aplicada en el control de procesos ha 
cambiado significativamente.
Si consideramos que todo elemento primario tiene de alguna manera que interaccionar 
con la variable de proceso para poder registrar los cambios que en ella se realicen, en-
tonces es necesario conocer primeramente los principios físicos, eléctricos, hidráulicos 
y neumáticos básicos con los cuales funcionan dichos detectores y la manera que se 
adecuan las señales para poder ser transmitidas y manipuladas.
Este libro, que es el resultado de un exhaustivo trabajo hecho por los autores dentro del 
Proyecto de Investigación CGEPI 2001 05�7 y con registro en CONACYT SIBEJ 20000 
50 3002, tiene varios propósitos: primeramente, ver el entorno en el área de instrumen-
tación, comenzando con algunas definiciones que se emplean en las hojas de especifi-
caciones de equipos e instrumentos.
Otra función de esta obra es describir los lineamientos que se emplean en la elabora-
ción de diagramas y la simbología establecida, para llevar a cabo la documentación 
necesaria que toda planta de procesos requiere; y por último, explicar los métodos más 
modernos de detección de las variables en cada punto importante de la planta y el ma-
nejo adecuado de la señal para indicar, registrar o controlar, de forma tradicional o con 
sistemas de control por computadora, las variables de proceso.
Sin embargo, ya que día con día se están liberando nuevas tecnologías, será necesario 
que el lector incursione en fuentes de investigación en el área de instrumentación y pro-
cesos, como lo son los temas que trata este libro, lo que le permitirá estar actualizado en 
el estado del arte para hacer ingeniería de diseño y de detalle con el fin de instrumentar 
adecuadamente plantas de proceso, o modernizar las ya existentes con nuevos y más 
avanzados sistemas de control que permitan a las industrias ser competitivas en el en-
torno de la globalización.
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1�
Capítulo 1
definiCiones
En este capítulo conocerá:
• Los términos más comúnmente empleados en la medición y el control de procesos
• Las unidades empleadas para especificar el valor de las variables de procesos
• Algunos conceptos de calibración
Uno de los puntos principales en el mundo de la instrumentación, es la terminología 
que se emplea para poder conocer las especificaciones con la que los fabricantes de 
equipo e instrumentos diseñan, desarrollan, prueban y los calibran. Aunado a esto, 
los técnicos, ingenieros e individuos relacionados con el campo de control de procesos 
deberán de conocer esta terminología para poder comunicarse de manera adecuada y 
poder emplear lo mejor de la instrumentación para el control de los procesos.
Por ejemplo, si especialistas en la industria petrolera establecen que la temperatura 
dentro de un reactor será de 500oC para asegurar la calidad del producto, entonces se 
deberá de conocer qué equipo emplear, en qué rango de operación y con qué exactitud 
y precisión deberá operar para efectuar la medición adecuada, además de otras carac-
terísticas como los materiales de las partes en contacto con el proceso, tipo de montaje, 
si debe tener protección para áreas peligrosas o no y otras más que se manejan en la 
instrumentación. Finalmente se deberá cumplir con las especificaciones establecidas.
Interpretación de las especificaciones
En el control de procesos el término especificaciones se usa para describir las caracterís-
ticas de un sistema de medición o transductor que usualmente se muestra en las hojas 
de especificaciones de cada instrumento. Esos términos son usados por los ingenieros 
que diseñan el proceso para seleccionar el tipo de equipo requerido.
Aunque no existe un acuerdo universal en el significado delos términos, sí se tiene un 
acuerdo en su interpretación. Usualmente se manejan ciertas especificaciones gene-
rales en los equipos, los términos descritos posteriormente podrán ser una guía para 
identificar las características de los instrumentos de control de procesos que se estén 
empleando. Antes de instalar cualquier equipo, asegúrese de contar con las hojas de 
especificaciones para seleccionarlos en función de las condiciones del proceso.
medicion.indb 19 18/10/2006 10:07:03 a.m.
Medición y control de procesos industriales20
Rango (Range)
Las características de los instrumentos relacionadas con el rango engloban las particu-
laridades distintivas que poseen los mismos con respecto a la banda de valores de la 
variable medida. A continuación se presentan las características más importantes.
Rango de medición 
Es el espectro de valores de la variable medida comprendido entre dos límites, den-
tro de los cuales es recibida, transmitida, o indicada la señal. El rango de medición 
debe estar expresado en unidades de la variable medida, aun cuando en algunos 
casos también se puede especificar en función del rango de la variable recibida o 
transmitida. 
Por ejemplo: un transmisor de temperatura puede tener un rango de medición de 
–10oC a 50oC en función de la variable medida, un rango en la entrada de –10 a 100 
milivolts equivalente al rango de temperatura, y un rango en la salida de 4 a 20 mi-
liamperes. Al límite alto del rango de medición se le denomina rango superior (RS), 
mientras que al límite bajo del rango de medición se le denomina rango inferior 
(RI). 
Un instrumento no necesariamente debe ser calibrado en un rango de medición único. 
Por ejemplo un multímetro digital puede tener los siguientes rangos de medición selec-
cionados con un interruptor o perilla de selección: 0 a 2 volts, 0 a 20 volts, 0 a 200 volts 
y 0 a 2000 volts; en este caso se dice que el instrumento es de multirrango.
Alcance (Span)
El alcance del instrumento se define como el rango superior (RS) menos el rango in-
ferior (RI).
Alcance (Span) = Rango Superior (RS) – Rango Inferior (RI) 
Típicamente en los instrumentos multirrango también puede variar el alcance. El al-
cance del instrumento es un parámetro muy importante, ya que gran parte de las carac-
terísticas del mismo están expresadas en función del alcance o del rango superior (RS). 
Como ejemplo, si tenemos un medidor de temperatura con un rango de 100°C a 500°C 
éste tendrá un alcance (Span) de 400°C.
Alcance (Span) = Rango Superior (RS) – Rango Inferior (RI)
= 500°C – 100°C = 400°C 
medicion.indb 20 18/10/2006 10:07:03 a.m.
definiciones 21
Rango con cero elevado
La variabilidad del rango de un instrumento, se define como la relación entre el valor máxi-
mo y el valor mínimo que se puede medir. El factor de elevación de cero (FE) se calcula de la 
siguiente manera:
Factor de Elevación (FE) = Valor absoluto de Rango Inferior | (RI) | / Alcance (Span)
Rango con cero suprimido
Cuando el cero de la variable medida está por debajo del rango inferior (RI), se dice que el 
instrumento tiene el rango en el cero suprimido o que tiene supresión de cero. Ejemplos: 
30 a 300, 100 a 500. El factor de supresión de cero (FS) se calcula como: 
Factor de supresión (FS) = Valor absoluto de Rango Inferior | (RI) | / Alcance (Span)
La siguiente tabla muestra un ejemplo del uso de la terminología asociada al rango y al 
alcance, donde RI es el rango inferior y RS el superior.
Variabilidad del rango (Rangeability)
La variabilidad del rango de un instrumento, se define como la relación entre el 
valor máximo y el valor mínimo que se puede medir. Por ejemplo, un indicador de 
flujo que tenga una variabilidad de rango de 3:1, indica que el máximo flujo que 
puede medir es tres veces mayor que el rango mínimo. Normalmente la variabili-
dad del rango es una característica principalmente asociada a los instrumentos de 
medición de flujo y a las válvulas para control de flujo.
Exactitud (Accuracy)
Es la proximidad de concordancia entre el resultado de una medición y el valor verda-
dero de la variable medida. La exactitud es usualmente expresada como un porciento 
Rangos típicos Nombre Rango RI RS Span
Datos
adicionales
0 100
--- 0 a 100 0 100 100 ----
-25 0 100
Cero
elevado
-25 a 100 -25 100 125 Factor de
elevación = 0.25 
20 100
Cero
suprimido
20 a 100 20 100 80 Factor de
supresión = 0.20 
medicion.indb 21 18/10/2006 10:07:03 a.m.
Medición y control de procesos industriales22
de incertidumbre con respecto a alguna parte de la medición. Así, un sistema para me-
dir presión de 0 a 150 libras por pulgada cuadrada (psi por sus siglas en inglés pounds 
per square inches) puede ser especificado para tener una exactitud de ± 2 % a escala 
total (FS por sus siglas en inglés Full Scale). Esto significa que cualquier lectura puede 
tener una incertidumbre de ± (0.2)(150) = ± 3 psi. Si la lectura es de 49 psi entonces la 
presión actual se encuentra entre 46 y 52 psi.
La exactitud de un instrumento de medición es su aptitud para dar respuestas próxi-
mas al valor verdadero, y su inexactitud es una fuente de error en la medición, aunque 
generalmente no es la única. Muchos fabricantes de instrumentos incluyen en el valor 
de exactitud, los errores por histéresis, banda muerta, repetibilidad y linealidad de un 
instrumento. Existen varias formas de estimar la exactitud de un instrumento, las cua-
les se explican a continuación.
Exactitud basada en el valor más alejado
En este caso se toma el error mayor obtenido durante el proceso de calibración del 
instrumento, ya sea que éste halla sido recorriendo la escala en sentido ascendente o 
descendente. Dicho error corresponde al valor más alejado del valor real o ideal.
Exactitud = ± [Vm(valor más alejado) – Vr(valor real)] 
Exactitud basada en la desviación promedio
En este caso se calcula la desviación promedio de todas las mediciones tomadas para 
una misma entrada, y se expresa como la exactitud ± d
Un instrumento tiene diferentes exactitudes en diferentes puntos del rango de medi-
ción. Para calcular la exactitud total (en todo el rango de medición) se toma entonces 
la desviación promedio mayor encontrada.
Exactitud basada en la desviación estándar
En este caso se calcula la desviación estándar del error de todas las mediciones toma-
das, para lo cual se asume que el error sigue una curva de distribución normal. La fór-
mula utilizada para calcular la desviación estándar S, es la siguiente:
medicion.indb 22 18/10/2006 10:07:04 a.m.
definiciones 23
donde xi es el resultado de la iésima medición y x es la media aritmética de los n resul-
tados considerados.
El error en la medición e, puede estar expresado en unidades de la variable medida o 
relativos al alcance. La exactitud se calcula entonces de acuerdo a la siguiente fórmula:
Xi = (ei – eprom)
ei = error en la medición iésima
eprom = error promedio de las mediciones
Exactitud = (e – kS)
Frecuentemente la exactitud total de una medición es determinada por la exactitud de 
cada uno de los elementos que componen el sistema. Así, si un transductor es usado 
con algún acondicionador de señal o un transmisor, cada elemento tendrá una rela-
ción de entrada/salida. Para determinar el peor de los casos, se deben sumar todas las 
exactitudes de todos los elementos. La exactitud de un transductor o de otro equipo e 
instrumento de medición es parte de las especificaciones que acompañan a éste. 
Error de medición
El error es el resultado de una medición, menos el valor verdadero (el resultado de 
un mensurando menos el valor verdadero del mensurando) y expresa una diferencia 
entre el valor actual de alguna variable y el valor que debería indicar la medición de 
esa variable. En toda aplicación se desearía que el error fuese 0; sin embargo, todos los 
instrumentos modifican su comportamiento a lo largo de su vida y por tanto deben ser 
calibrados periódicamente. 
El valor de un error está determinado por lacuidadosa medición hecha con un ins-
trumento de calibración. Por lo tanto, si un transductor indica el valor de 50 libras por 
pulgada cuadrada y la presión real es de 45 psi, entonces se tiene un error de 5 psi (10%) 
por descalibración del instrumento
Error de incertidumbre
Un error de incertidumbre es el valor que se determina para un instrumento y que debe 
ser tomado en cuenta cuando se registra la lectura de una cierta variable. La mayor par-
te de los términos definidos posteriormente tendrán que ver con este tipo de error. Por 
ejemplo: si se tiene un instrumento con una exactitud de ± 3 % de lectura instantánea 
en un proceso con temperatura real de 350oC, como el 3 % de 350 es 10.5, se puede tener 
medicion.indb 23 18/10/2006 10:07:04 a.m.
Medición y control de procesos industriales24
una lectura de incertidumbre de 350°C - 10.5°C = 339.5°C a 350°C + 10.5°C = 360.5°C; 
porque éste fue el error que se determinó para este instrumento ( ± 3 %), y no habrá for-
ma de medir la temperatura más cercana a la real que cualquiera de estos dos puntos.
Precisión
Muchos autores consideran sinónimos los términos exactitud y precisión, sin embargo 
en instrumentación se ha considerado la exactitud con la definición ya expresada “la 
proximidad de concordancia entre el resultado de una medición y el valor verdadero 
de la variable medida”; y el término precisión considera el grado de legibilidad del 
instrumento.
Repetibilidad
La repetibilidad es la proximidad de concordancia entre los resultados de mediciones 
sucesivas de la misma variable realizadas bajo las mismas condiciones de operación.
Reproducibilidad
Es la proximidad de concordancia entre los resultados de mediciones de la misma 
variable realizadas bajo condiciones cambiantes de medición.
Corrimientos internos impredecibles e influencias externas pueden causar que un 
instrumento indique diferentes valores para un mismo valor de la variable, y las lec-
turas podrán estar dentro del valor de la exactitud del instrumento, pero diferirán 
una de la otra.
El instrumento con mejor repetibilidad será el que sus lecturas se repitan en un mismo 
valor y es usualmente definida como un porcentaje de la lectura, así que si un instru-
mento de presión tiene una repetibilidad de ± 0.1%, que es lo común en especificacio-
nes, indica que para un mismo valor de la variable se repetirá la lectura de tal manera 
que de cada 1000 lecturas sólo una será diferente, considerando el mismo procedimien-
to de medición, el mismo observador, el mismo instrumento de medición utilizado bajo 
las mismas condiciones. 
En la figura 1-1, se puede ver que la diferencia entre exactitud y la precisión radica en 
que en la primera, las lecturas pueden estar dentro del margen de error de exactitud 
y en la otra pueden estar dentro o fuera del margen de error de exactitud del instru-
mento siempre y cuando las lecturas estén dentro del margen de error de precisión 
establecido.
Obviamente cuando las lecturas están dentro de los márgenes de error muy pequeños, 
tanto de exactitud como de precisión, el instrumento tendrá un mejor desempeño.
medicion.indb 24 18/10/2006 10:07:04 a.m.
definiciones 25
Fig. 1-1. Diferencia entre exactitud y precisión.
Resolución
La resolución de un sistema de medición se refiere al cambio mínimo detectable en la 
variable medida y por consiguiente contribuye a la exactitud del sistema. Por ejemplo, 
si un sistema medidor de presión tiene una resolución de 0.5 psi en el rango de 0 a 
100 psi, significa que si la presión cambia 0.5 psi, el sistema de medición será capaz de 
detectar que este cambio ha ocurrido. (Si la presión cambia 0.4 psi, entonces el sistema 
no detectará ningún cambio.) La resolución no siempre es fácil de definir, ya que ésta 
depende de las condiciones de la señal y otros aspectos del sistema de medición.
Por ejemplo, si un transductor convierte una fuerza a un cambio en resistencia, la re-
solución es determinada por los pequeños cambios de resistencia que pueden ser me-
didos.
La resolución forma parte de la exactitud establecida, y un instrumento no puede tener 
más exactitud que la capacidad de resolución que le permita el sistema. Supongamos que 
tenemos un sistema rotatorio usando un potenciómetro de alambre como el mostrado en 
la figura 1-2. 
Fig. 1-2. Potenciómetro de alambre con una resolución de un grado. 
Brazo giratorio Flecha
Resistencia
Rotación
medicion.indb 25 18/10/2006 10:07:04 a.m.
Medición y control de procesos industriales26
Notará que se tiene enrollado un alambre con 360 vueltas (espiras) y se requiere de un 
grado de rotación para que el potenciómetro se mueva de una espira a la otra.
Sensitividad (Función de transferencia) 
Aunque la resolución y la sensitividad de un transductor o sistema de medición están 
muy relacionados, normalmente la sensitividad es la que se menciona en las hojas de 
especificaciones de los instrumentos. La función de transferencia se relaciona con una 
parte específica de un sistema, así como en todo el sistema de medición o control. La 
función de transferencia es la relación de salida/entrada de un sistema lineal y tam-
bién se podría considerar el término de ganancia.
Un ejemplo de sensitividad sería el considerar un transductor que convierte tempe-
ratura a resistencia. La relación salida/entrada (función de transferencia) indica qué 
tanto cambio de resistencia se tiene con respecto a la temperatura. Si el dispositivo se 
especificó con una resistencia de 500 ohms a 20°C, su sensitividad es de 25 ohms/°C; en-
tonces se puede conocer el valor de la resistencia a cualquier temperatura, como el de la 
temperatura a cualquier valor de resistencia. Si la temperatura aumenta de 20oC a 25°C, 
se tendrá un nuevo valor de resistencia, que será 500 ohms más 25 ohms/°C, ya que la 
resistencia aumenta 125 ohms por grado Celsius (oC), de tal manera que finalmente se 
tendrá un valor de resistencia de 625 ohms. 
Linealidad
La aproximación más cercana de una curva de calibración, a una línea recta previa-
mente establecida, es lo que se conoce como linealidad Como una especificación de 
desempeño en un instrumento, la linealidad debe ser expresada como linealidad in-
dependiente, linealidad basada en un extremo o linealidad basada en cero. Cuando se 
expresa simplemente como linealidad, se supone que se refiere a la linealidad indepen-
diente.
En la figura 1-3, se muestra un ejemplo de respuesta lineal que relaciona la resistencia 
con la temperatura. Observe que la relación entre la temperatura y la resistencia se 
puede graficar como una línea recta. En estos casos, la sensitividad (función de transfe-
rencia) es específicamente la pendiente de la línea (mientras más inclinada es la línea, 
más sensible es el dispositivo). 
La curva A podría corresponder a un transductor como el que se mencionó anterior-
mente, y la curva B representa el instrumento con el cual fue comparada. Podemos 
observar que la curva A, aunque no se apega a los valores del instrumento con el que se 
comparó, tiene una respuesta que se considera lineal.
medicion.indb 26 18/10/2006 10:07:04 a.m.
definiciones 27
Fig. 1-3. Ejemplos de funciones de transferencia lineales.
Como en una respuesta no lineal no se puede relacionar la salida y la entrada, con una ecua-
ción lineal, se toma la parte donde la curva sea lo más lineal posible y se busca su función 
de transferencia.
Histéresis
En un proceso de operación o calibración, cuando se le aplica señal (entrada) a un equi-
po o instrumento, su respuesta (salida) tiende a ser de manera continua y repetitiva, 
independientemente de si el valor de la variable ha estado aumentando o disminuyen-
do. Cuando por la característica del elemento o por la fatiga del mismo, la respuesta no 
es la misma si el valor de la variable va en aumento o en disminución, este fenómeno es 
llamado histéresis.
La figura 1-4 inciso A representa un instrumento sin histéresis para el cual una relación 
de presión dada, produce una corrientecon una función de transferencia; se observa 
que a 0 psi (libras por pulgada cuadrada) se tiene una corriente de 4 mA (miliamperes) 
y a 100 psi se tiene 20 mA. Como se puede observar la entrada es de 0-100 psi y la sali-
da de 4-20 mA. En consecuencia, para cada punto de presión le corresponde un valor 
proporcional en corriente, por ejemplo: si la presión aumenta de 0 a 50 psi, la corriente 
aumenta de 4 a 12 mA, o si la presión disminuye de 100 a 50 psi, la corriente disminuye 
de 20 a 12 mA.
6
5
4
B
3
2 A
0
Temperatura
R
E
S
I
S
T
E
N
C
I
A
164 8 12
medicion.indb 27 18/10/2006 10:07:04 a.m.
Medición y control de procesos industriales28
En la figura 1-4 (B) se tiene un instrumento con histéresis. Se puede observar que la res-
puesta en la relación presión-corriente, depende de si la presión ha estado por arriba o 
por debajo de la lectura actual. En este caso, las corrientes y presiones en los extremos 
son siempre 0-100 psi y 4-20 mA, pero en los puntos intermedios, la corriente depende 
si la presión está aumentando o disminuyendo. En consecuencia, para 50 psi la corrien-
te será 12 mA si el valor de la presión está aumentando partiendo de 0 psi. Pero si la 
presión está disminuyendo desde 100 psi, entonces al valor en 50 psi le corresponderá 
una salida de 14 mA. 
Esta condición es expresada a menudo como un porcentaje de incertidumbre de lectura 
en las especificaciones del transductor y es un componente de la exactitud especificada 
por el fabricante del instrumento.
Fig. 1-4. La histéresis relaciona la entrada del instrumento con su salida.
Banda muerta (Dead zone or dead band)
Es el rango de valores de la variable de entrada en donde no se logra cambiar la indica-
ción o la señal de salida del instrumento, es decir, que la salida no responde a la entra-
da. Viene dado en porciento del alcance (Span). La causa directa de la banda muerta, 
es la fricción o juego entre las piezas del instrumento. El término de sensitividad es 
frecuentemente empleado para representar la banda muerta.
Corrimiento del cero
La lectura en cero suele cambiar por razones asociadas al uso de un instrumento o por el 
envejecimiento que las etapas amplificadoras sufren generando corrimientos de la señal 
en el tiempo (como, por ejemplo, la línea base de un cromatograma). Los instrumentos 
deben especificar su tolerancia al corrimiento del cero y además, los procedimientos y 
20 20
16 16
12 12
8 8
4 4
PRESION PRESION
100
A
20 40 60 80 80 100
B
20 40 60
C
O
R
R
I
E
N
T
E
C
O
R
R
I
E
N
T
E
medicion.indb 28 18/10/2006 10:07:05 a.m.
definiciones 2�
periodicidad en que deben efectuarse recalibraciones. Un caso muy típico es el cero 
de la escala de pH, donde la concentración molar de iones hidrógeno H+ es igual a 
la de iones hidroxilo OH- con un valor de pH igual a 7.00 y que se debe recalibrar 
frecuentemente.
Ruido
Es cualquier perturbación eléctrica o señal accidental no deseada que modifica la trans-
misión, indicación o registro de los datos deseados.
Términos dinámicos
Constante de tiempo. Este concepto es conocido también como retraso en la transmi-
sión o tiempo muerto y es el tiempo que tarda el instrumento en alcanzar el 63% del 
cambio total de la variable. Para entender este fenómeno se considerará la ecuación en 
el tiempo para un sistema de primer orden, en la cual la constante de tiempo es parte 
de los componentes físicos del sistema, pudiendo ser una resistencia (R) y un capacitor 
(C), que en este caso definen la constante de tiempo.
C(t) = ( 1 – e -t/RC) u ( t )
La constante de tiempo representa el tiempo transcurrido desde el instante en que se 
aplica la excitación hasta que la respuesta alcanza el 63% de su valor final. Si se tiene un 
cambio repentino en la variable de entrada como se muestra en la figura 1-5, en donde 
la entrada es la presión y la salida es un voltaje, se observa que en 3 segundos, la salida 
del transductor ha alcanzado los 2.52 volts.
Como la salida varía de 0 a 4 volts, para un cambio total de 4 V, el 63% es 2.52 V. Así 
pues, una medición de 2.52 V representa 63% del cambio esperado.
 Fig. 1-5. Respuesta de la constante de tiempo de un sistema. 
medicion.indb 29 18/10/2006 10:07:05 a.m.
Medición y control de procesos industriales30
Por lo tanto, la constante de tiempo de este transductor es de 3 segundos. Se considera 
que cuando la salida alcanza el 63% de la señal de excitación (entrada) se dice que se 
tiene una constante de tiempo, para este caso dos constantes de tiempo serían 6 segun-
dos y así sucesivamente. 
Para describir este efecto, necesitamos asignar algún valor a RC para definir la respues-
ta en el tiempo de un sistema de medición. Así pues, la curva A en la figura 1-6 muestra 
la respuesta en el tiempo de un transductor A con una constante de tiempo diferente al 
de las curvas B y C. 
Fig. 1-6. Diferentes constantes de tiempo.
Estas curvas difieren obviamente en la velocidad de respuesta ante un cambio de entra-
da de la variable medida. La constante de tiempo es utilizada para cambiar la velocidad 
de respuesta del sistema en el tiempo, y esta velocidad de respuesta depende de los 
componentes empleados en la construcción del mismo.
Mientras más grande sea la constante de tiempo, más lenta será la respuesta del sistema 
(pendiente menos inclinada) y mientras más pequeña sea la constante de tiempo, más 
rápida será la respuesta del sistema (pendiente más inclinada). La constante de tiempo 
es otro aspecto importante dentro de las especificaciones de un transductor o equipo.
Tiempo de respuesta
La medición de cualquier variable de proceso puede implicar una demora, (debida a fe-
nómenos de equilibrio, transporte, etc.) que debe ser definida adecuadamente. Si la medi-
ción tiene una cinética más lenta que la de la propia variable, habrá que disponer de siste-
mas de predicción del valor en lugar de descansar sólo sobre la medición instrumental.
PSI
6
200
5
4
A
3
B
100
2
C
1
0 4 8 12 16
Tiempo
V
O
L
T
S 
medicion.indb 30 18/10/2006 10:07:05 a.m.
definiciones 31
Se puede entender mejor el tiempo de respuesta de un transductor, si se considera el 
tiempo que puede tardar en responder el sistema (retardo por transporte) y la constan-
te de tiempo del mismo. Para comprender este concepto, considérese que la variable 
medida cambia súbitamente de valor. Por ejemplo, en la figura 1-7 se muestra que la 
presión que se está midiendo de pronto cambia de 0 a 200 psi. No es posible esperar 
que el sistema de medición responda a la misma velocidad a la que la presión cambió. 
Así pues, se debe esperar un cierto tiempo (tiempo muerto L), más un tiempo de subi-
da (T), para obtener una respuesta aproximada de salida a esa variación. El tiempo de 
respuesta usualmente se establece entre un 90, 95 o 99 % del escalón.
Fig. 1-7. Respuesta en tiempo de un sistema, a una entrada tipo escalón.
Términos relacionados con la energía
Suministro de presión: A los instrumentos neumáticos como transmisores o controla-
dores, se les suministra aire a la presión de 20 psi.
Suministro de voltaje: es la señal eléctrica suministrada a las terminales de los instru-
mentos electrónicos. Los voltajes típicos son los siguientes:
117 volts ± 10%, 60 Hertz
24 volts de corriente directa ± 10%
medicion.indb 31 18/10/2006 10:07:05 a.m.
Medición y control de procesos industriales32
Términos relacionados con la operación
Son las condiciones de operación tales como: temperatura ambiente, humedad, presión 
ambiente, vibraciones, etc. a las cuales está sujeto un instrumento.
En los equipos e instrumentos electrónicos la hoja de especificaciones indican la hume-
dad, temperatura y vibración que resiste el instrumento, y que el fabricante determina 
en base a pruebas especiales, lo que permite conocer los rangos de operación entre los 
cuales el equipo operará sin que sus componentes mecánicas y electrónicas se vean 
afectadas. Algunos equipos funcionan en rangos mayores que otros, debido a que los 
equiposde campo están fabricados para que soporten condiciones extremas del medio 
ambiente y los equipos de tablero o de laboratorio no lo requieren.
Unidades de medición
Debe haber un entendimiento común sobre las unidades que se usarán en las medicio-
nes de variables. Por ejemplo, si se quiere hablar de distancia, entonces se debe acordar 
en la definición de una unidad de distancia estándar y expresar todas las distancias en 
términos de esta unidad. 
En el presente, existe cierta confusión en todas partes del mundo sobre ciertas unidades 
de medición. Esto se debe a que en los Estados Unidos aún no se generaliza el uso del 
Sistema Internacional de Unidades SI.
Aún cuando la mayoría de los demás países usan las unidades del SI, los Estados Uni-
dos utiliza el sistema inglés. Sin embargo, es necesario que una persona con orientación 
técnica, conozca ambos sistemas de unidades para lograr una buena comunicación. 
Aunque en las industrias de control de procesos esta conversión parece estar sucedien-
do más rápido que en muchas otras áreas, es especialmente importante familiarizarse 
con ambos sistemas.
Unidades del Sistema Internacional (SI)
Las unidades más comúnmente utilizadas en el mundo técnico fueron desarrolladas a 
través de un acuerdo internacional por lo cual se le conoce como el Système Internatio-
nal d´Unites, y se abrevia SI. Este sistema utiliza las siguientes definiciones fundamen-
tales como base:
 1. Longitud metro (m)
 2. Masa kilogramo(kg)
 3. Tiempo segundo (s)
 4. Corriente eléctrica ampere (A)
 5. Temperatura kelvin (K)
 6. Ángulo, plano radian (rad)
medicion.indb 32 18/10/2006 10:07:05 a.m.
definiciones 33
 7. Ángulo, sólido steradian (sr)
 8. Luminosidad candela (cd) 
Las abreviaturas para las unidades listadas anteriormente se muestran entre paréntesis. 
Todas las demás cantidades (incluyendo la fuerza, la energía y el potencial eléctrico), 
se definen en términos de estas unidades. Así pues, para la energía se utiliza el Joule 
(J) que es equivalente a un kilogramo por metro cuadrado por segundo cuadrado (1kg 
x 1m2/s2). 
Las unidades del SI se resumen en la tabla 1-1. Se debe estar familiarizado con estas 
unidades y desarrollar un concepto de la magnitud de cada unidad en función de la 
experiencia diaria. Así pues, si alguien requiere levantar 233 kg, sabrá de inmediato si 
se trata de una masa pesada o ligera.
Prefijos
Las unidades del SI se emplean con multiplicadores (prefijos) para facilitar la expresión 
de números muy grandes o muy pequeños. Estos multiplicadores tienen nombres y 
abreviaturas estandarizadas que se emplean rutinariamente, en la tabla 1-2 se mues-
tran los prefijos estándar.
tabla 1-1. Unidades del si e inglesas
Cantidad Unidad del si Unidad inglesa Multiplique la inglesa para obtener si
Longitud metro pie 0.3048
Tiempo segundo segundo 1
Masa kilogramo libra 0.4536
Corriente ampere ampere 1
Temperatura kelvin rankine 5/9
celsius fahrenheit 5/9 (ºF -32)
Ángulo radian radian 1
Luminosidad candela candela 1
Fuerza candela libra 4.448
Energía joule pie-libra 1.356
Presión pascal psi 6896.6
Volumen metro cúbico galón 0.00379
tabla 1-2. Prefijos métricos
número Potencia de 10 nombre Abreviatura
1000000000000 12 Tera T
1000000000 9 Giga G
medicion.indb 33 18/10/2006 10:07:05 a.m.
Medición y control de procesos industriales34
1000000 6 Mega M
1000 3 Kilo K
1 0 - -
0.001 -3 Mili m
0.000001 -6 Micro m
0.000000001 -9 Nano n
0.000000000001 -12 Pico P
Una presión de 20,000,000 pascales (Pa) puede ser escrita 20x 1,000,000 Pa. También po-
demos utilizar el prefijo para un millón, el cual es mega (M) y escribir 20 MPa. De ma-
nera similar, podemos describir una distancia de 0.00025 metros (m) como 0.25 x 0.001 
m, o, utilizando el prefijo para 0.001 que es mili (mm), escribiéndolo como 0.25 mm. 
Observe que estos prefijos pueden ser escritos como potencias de 10 en notación cien-
tífica. En este caso, un nuevo prefijo es definido por cada cambio de 3 en la potencia de 
diez. Si se quisiera reescribir un número como 2.31 x 10-5 amperes (A), entonces se debe 
desplazar el punto decimal hasta que la potencia corresponda a uno de los prefijos: 23.1 
x 10-6 A o 23.1 mA. En este caso el término micro (m) significa 10-6 o una millonésima de 
ampere.
Unidades inglesas
Dado que en los Estados Unidos aún se utiliza el sistema inglés de unidades para la 
mayoría de la comunicación comercial y parte de la industrial, se debe ser capaz de 
convertir de un conjunto de unidades a otro.
Tomando como referencia nuevamente a la tabla 1-1, ésta enlista algunas de las uni-
dades inglesas más comunes, el equivalente del SI, y los factores de multiplicación 
utilizados para convertir de un sistema a otro. Una pulgada equivale a 2.54 cm (centí-
metros) y hay 30.48 cm por pie. No existe equivalente inglés para la corriente eléctrica, 
la luminosidad y muchas otras unidades por lo que las unidades del SI son utilizadas 
en estos casos. Se pueden emplear estos factores de conversión para relacionar las mag-
nitudes del SI con las del sistema inglés. Los siguientes ejemplos ilustran el uso de la 
información contenida en la tabla.
1. Convertir una fuerza de 4.5 libras (lb) a Newtons (N). Según la tabla el factor es 
4.448, de modo que la fuerza es
medicion.indb 34 18/10/2006 10:07:05 a.m.
definiciones 35
2. Convertir una distancia de 3.14 metros (m) a pies (ft). Observamos que el factor 
de multiplicación para convertir de pies a metros es de 0.3048, así que debemos 
dividir para convertir de metros a pies
3. Convertir una presión de 140 psi a kPa (kilopascales). 1 psi = 6896.6 Pa o 6.8966 
kPa. Por lo tanto 140 psi x 6.8966 kPa/1 psi = 965.5 kPa.
 La misma conversión se puede realizar de otra forma:
 Así pues, 
Masa y peso
Existe cierta confusión en el uso de la unidad métrica de masa (kg) y fuerza inglesa (lb). 
En el sistema inglés se expresa el peso de un objeto a través de la fuerza (en libras) con la 
que la Tierra atrae al objeto. En consecuencia, si alguien pesa 180 lb, esto significa que 
la Tierra ejerce una fuerza de atracción sobre esa persona de 180 lb. La fuerza de atracción 
de la Tierra sobre un objeto es proporcional a la masa del objeto; así, tanto esta fuerza o la 
masa por sí sola puede ser utilizada para describir el peso. En el sistema internacional (SI), 
el peso se expresa por la masa en kilogramos, en lugar de hacerlo con la fuerza de atrac-
ción en Newton. El factor de conversión es tal, que un objeto de 1 kg será atraído con una 
fuerza de 9.8 N o 2.2 libras. Así, si alguien pesa 180 lb, su peso en kilogramos es
Por otra parte, una masa de 233 kg pesará 
Calibración
Una buena comunicación de conceptos técnicos requiere de una definición consistente 
de los términos y las unidades usadas para las variables que son medidas. El último 
elemento requerido para una buena comunicación es que se pueda confiar plenamente 
en los instrumentos de medición que están utilizando. 
medicion.indb 35 18/10/2006 10:07:05 a.m.
Medición y control de procesos industriales36
Por ejemplo, si se quiere medir una temperatura con una exactitud de 1°C, entonces se 
debe adquirir un instrumento con especificaciones que digan que la medición puede 
realizarse con una exactitud de ± 1°C o mejor. Sin embargo, conforme pasa el tiempo es 
natural esperar que el uso y otros factores disminuirán la exactitud del instrumento; y 
aún si ésta no disminuye, ¿cómo saber si el instrumento retiene las mismas especifica-
ciones que cuando era nuevo?
En muchas operaciones industriales, los instrumentos de medición deben ser confia-
bles de modo que provean la exactitud estipulada por el diseño original para asegurar 
un producto satisfactorio. Esta confianza se logra haciendo pruebas periódicas y ajus-
tando el instrumento para verificar su desempeño. A este tipo de mantenimiento se le 
llama calibración.
Estándares
Antes de que la calibración pueda ser realizada, se debe contar con ciertos valores pre-
cisosconocidos de cantidades medidas para compararlos contra las mediciones reali-
zadas con el instrumento que se desea calibrar. 
Así pues, para un instrumento que se utiliza para medir presión con exactitud de 0.01 
psi se debe tener, para comparar, una fuente de presión de la cual esté seguro que 
provea presión en este rango u otro rango mejor. Sólo entonces se podrá decidir si el 
instrumento funciona satisfactoriamente. La tabla 1-3 enlista estándares para corriente, 
presión, tiempo y flujo.
tabla 1-3. estándares de calibración
Magnitud estándar
Voltaje Celda estándar, fuente de alta precisión.
Corriente Estándares de voltaje y estándares de resistencia o fuente de corriente 
de precisión.
Presión Calibración de presión con alta exactitud en la medición.
Tiempo
(Frecuencia)
WWV o contador de precisión de frecuencia con cristal.
Temperatura Ambiente con temperatura controlada con medición exacta (RTD)
Flujo Sistema de flujo controlado con exactitud en la medición.
Una cantidad conocida y sumamente exacta utilizada para calibrar instrumentos de medi-
ción es conocida como estándar. Una alternativa para un estándar es otro instrumento 
de medición capaz de medir con la misma o mayor exactitud que el instrumento que 
se desea calibrar. Aun así, este instrumento debe ser calibrado periódicamente para 
asegurar su confiabilidad. 
medicion.indb 36 18/10/2006 10:07:06 a.m.
definiciones 37
El conjunto de estándares (patrones) con los cuales la calibración final debe realizarse 
son desarrollados entre otros organismos, por la Oficina Nacional de Estándares de los 
Estados Unidos (NBS por sus siglas en inglés). 
Si un complejo industrial está interesado en realizar una medición de masa, se puede 
instalar en la planta un laboratorio de calibración donde los instrumentos de medición 
de masa sean calibrados periódicamente, utilizando algunos estándares propios.
Aunque esto es válido, periódicamente el laboratorio debe enviar sus propios es-
tándares e incluso su equipo, a un laboratorio con las características de la NBS 
para corroborar la calibración. En este sentido, la compañía puede solicitar un se-
guimiento (trazabilidad) a sus procesos de calibración por parte de un organismo 
certificado.
Laboratorio de calibración
Cualquier operación industrial relacionada con la calidad en la manufactura puede 
tener su propio laboratorio de calibración o usar los servicios de un laboratorio de ca-
libración comercial certificado; en cualquier caso, el equipo de medición utilizado en 
la operación crítica de los procesos se lleva a los laboratorios de calibración con cierta 
periodicidad
El laboratorio de calibración sirve en todas las fases de la operación industrial desde la 
fabricación hasta la investigación y las funciones de desarrollo. En todos los casos, es 
necesario tener plena confianza en la exactitud de las mediciones, para asegurar que se 
está elaborando un producto satisfactorio, además de tener la confianza en el desarrollo 
e investigación de los productos.
Estándares de laboratorio
Normalmente un laboratorio de calibración típico calibra los equipos que son críticos 
en los procesos de producción de una compañía.
En la tabla 1- 3 se mencionan algunos parámetros comunes que son utilizados en la indus-
tria y que requieren operaciones de calibración. En cada caso, el laboratorio en particular 
debe mantener estándares locales que puedan ser supervisados por la dependencia co-
rrespondiente de cada país.
Es muy importante para todo el personal, el cooperar con la operación de calibración, 
aún cuando esto parezca interferir con el desarrollo del trabajo de la planta. El efectuar 
una mala calibración de los instrumentos se reflejará en la calidad del producto. 
medicion.indb 37 18/10/2006 10:07:06 a.m.
Medición y control de procesos industriales38
Certificados y registros de calibración
En la mayoría de los casos, cuando la calidad del producto es crítica el equipo es cali-
brado y posteriormente certificado por el laboratorio de calibración, éste es sellado de 
modo que no se puedan hacer ajustes sin romper este sello. 
Esto se hace para que quienes operen los instrumentos, estén seguros que el equipo 
está calibrado cuando se efectúan mediciones del proceso. En muchos casos los sellos 
tienen una nota de “calibración requerida” seguida de una fecha para indicar cuándo 
debe ser regresado el equipo al laboratorio para ser recalibrado. Estas fechas deben ser 
respetadas, y el equipo debe ser regresado en la fecha que se indica. En los laboratorios de 
calibración se mantienen registros del equipo que es crítico, de modo que el historial 
de la calibración del equipo pueda ser consultado en el momento que se requiera. Esto 
puede ser sumamente importante para identificar alguna falla o algún funcionamiento 
fuera de especificaciones del proceso de manufactura.
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definiciones 3�
Resumen
Las características de un transductor o sistema de medición están descritas en las hojas 
de especificaciones proporcionadas por el fabricante de los instrumentos.
Los términos usados incluyen: error, precisión, exactitud, resolución, función de trans-
ferencia, sensibilidad, grado de linealidad de la función de transferencia, histéresis, 
tiempo de respuesta y constante de tiempo.
Tanto las unidades del Sistema Internacional de Unidades SI, como las del sistema in-
glés, se utilizan para describir longitud, masa, tiempo, corriente eléctrica, temperatura, 
ángulo sólido y plano y luminosidad. Las unidades del SI se utilizan junto con multi-
plicadores para facilitar la expresión de números muy grandes o muy pequeños. Para 
el sistema inglés no existe un arreglo similar lo que obliga a hacer conversiones de un 
sistema a otro.
Es necesario realizar pruebas periódicas así como los ajustes de los instrumentos (cali-
bración) para verificar su operación.
Deben existir estándares disponibles contra los cuales se pueda comparar el instrumen-
to que se quiera calibrar. Los estándares son valores conocidos (patrones) muy exactos 
usados para la calibración de instrumentos de medición.
Las operaciones de calibración son comúnmente realizadas en laboratorios de calibra-
ción. Las operaciones industriales relacionadas con el control de calidad se valen de los 
servicios de los laboratorios de calibración.
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Capítulo 2
síMbolos y diAgrAMAs
En este capítulo conocerá:
• La simbología de las principales variables de un proceso
• Los diagramas de lazos de control
Como en todas las ciencias, es importante la estandarización de las partes y el todo 
de un proceso, cuyo propósito es establecer de manera uniforme la designación de los 
instrumentos y sistemas usados en la medición y control de variables. En el área de 
instrumentación se ha desarrollado el tema de símbolos y diagramas buscando tener 
la descripción de los sistemas de control de una planta o proceso de manera estanda-
rizada.
Los símbolos y diagramas son usados en el control de procesos para indicar la aplica-
ción en el proceso, el tipo de señales empleadas, la secuencia de componentes interco-
nectados, y de alguna manera, la instrumentación empleada. En América, la Sociedad 
de Instrumentistas de América (ISA por sus siglas en inglés de Instruments Society of 
America) publica normas para símbolos, términos y diagramas que son generalmente 
reconocidos y adoptados por la industria en general.
Simbología
El símbolo más empleado en todo diagrama de instrumentos, es un círculo el cual con-
tiene una combinación de letras y números que definen el tipo de variable, el instru-
mento que actúa con ésta y el número de lazo. En la figura 2-1 se muestra la simbología 
empleada para diferentes aplicaciones con el fin de definir un instrumento dentro de un 
diagrama de instrumentos.
Como se mencionó anteriormente, para poder identificar la variable de proceso se 
creó el manejode letras y números que nos permiten conocer el tipo de la variable, el 
instrumento con el cual se registra, indica o manipula la variable y el número de identifica-
ción de la misma, de esta manera se puede asociar fácilmente el tipo de medición que 
se efectúa en el proceso. 
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Medición y control de procesos industriales42
Los dispositivos que se encuentren ocultos (por ejemplo atrás de un panel), 
pueden simbolizarse de la misma forma, pero con una línea punteada. 
Fig. 2-1. Simbología para elementos de control.
En los diagramas, los números de identificación se colocan dentro de círculos, las letras 
están en la mitad superior mientras que los números del lazo de control están en la 
mitad inferior. Las líneas dibujadas en el centro de los círculos tienen diferentes signifi-
cados: una línea continua indica un instrumento montado en el panel de control y una 
línea punteada indica que está atrás del tablero de control.
Un círculo sin línea en el centro indica que está montado de manera local, en el campo, 
o dicho de otra manera, junto al equipo de proceso. Es obvio que todo instrumento 
debe tener una etiqueta como identificación, la cual debe tener la misma nomenclatura 
que en el diagrama de instrumentos.
En la figura 2-2 se mencionan las letras y su significado: considerando las letras de 
la primera columna, se tiene que: la letra F significara flujo, la T Temperatura, la L 
(level) Nivel, etc. La combinación de la primera columna y el resto de ellas dará como 
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síMbolos y diagraMas 43
resultado una combinación de funciones que indicará cómo se está manipulando la 
variable. Si se emplea la primera letra combinada con el modificador, esto puede indi-
car, si se emplea la letra D que es una lectura diferencial, o que se está totalizando si 
se emplea la letra Q; y así sucesivamente.
Con un poco de práctica se podrán conocer las posibles combinaciones que se requie-
ran para poder identificar la instrumentación de un diagrama o para diseñarlo.
Primera letra letras posteriores
Variable de proceso Modificador Lectura Salida Modificador
A Análisis Alarma
B Quemador de flama Como se 
prefiera
Como se 
prefiera
Como se 
prefiera
C Conductividad Controlador
D Densidad o peso 
específico
Diferencial
E Voltaje (fem) Elemento pri-
mario
F Flujo (caudal) Relación
G Como se prefiera Vidrio
H Manual Alto
I Corriente eléctrica Indicador
J Potencia Muestrear
K Tiempo Controlador
L Nivel Luz piloto Bajo o alto
M Humedad Medio
N Como se prefiera Como se pre-
fiera
Como se pre-
fiera
Como se 
prefiera
O Como se prefiera Orificio, restric-
ción
P Presión o vacio Punto de co-
nexión
Q Cantidad Integrador,
totalizador
R Radiactividad Registrador
S Velocidad o fre-
cuencia
Seguridad Interruptor
T Temperatura Transmisor
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Medición y control de procesos industriales44
U Multivariable Multifunción Multifunción Multifunción
V Viscosidad Válvula
W Peso o fuerza Pozo
X No clasificada Eje x No clasificada No clasificada No clasifi-
cada
Y Como se prefiera Eje y Relevador
Z Posición Eje z Elemento final 
de control
Fig. 2-2. Letras de identificación del instrumento.
Identificación del lazo
En la figura 2-3 se muestra cómo se dibuja normalmente en los diagramas un símbolo 
de un instrumento, en el que se indica el tipo de variable, cómo se manipula y el núme-
ro que ocupa dentro del proceso.
Fig. 2-3. Letras y números utilizados en las etiquetas.
Así, el TRC 123 (Temperature Recorder Controler por sus siglas en inglés) mostrado en 
la figura 2-3 identifica un controlador registrador de temperatura correspondiente al 
lazo de temperatura 123. (Conforme a la norma, en la identificación de instrumentos, 
las letras se colocan con las siglas de las abreviaturas en inglés de las funciones aun 
cuando la ingeniería y la aplicación se realicen en un país de habla hispana.)
Instrumentos con igual identificación funcional 
Por ejemplo, si un registrador de temperatura recibe señales de dos transmisores 
de flujo separados, la etiqueta de un transmisor se podría leer TT 123A (transmisor de 
Letra primera
columna
Letra del resto de
las columnas
T
123
RC
Número de lazo de control
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síMbolos y diagraMas 45
L L L L
 X X X X 
temperatura por sus siglas en inglés de Temperature Transmitter que en este caso coin-
cide con las siglas en español) y la otra se podría identificar por TT 132B. En la tabla 2-1 
se presentan algunos ejemplos de la aplicación de estas normas.
eJeMPlos
tit-101 Transmisor e indicador de temperatura. (Temp. Indicating Xmitter)
te-101 Elemento de temperatura del TIT-101 (p. Ej. RTD). (Temp. Element)
tW-101 Termopozo del sensor de temperatura del TIT-101. (Termowell)
fQi-143 Transmisor, indicador y totalizador del flujo.
dPt-097 Transmisor de presión diferencial. (Diferential pressure transmitter)
Pt-089 Transmisor de presión. (Pressure transmitter)
lsl-122 Interruptor de bajo nivel. (Level switch low)
lsH-122 Interruptor de alto nivel. (Level switch high)
Tabla 2-1. Ejemplos de aplicación de identificación de instrumentos.
Símbolos de las señales de la instrumentación
Las señales de instrumentación utilizadas en el control de procesos son usualmente de 
los siguientes tipos: conexión a proceso, electrónica (eléctrica), neumática, hidráulica, 
capilar, sónica o indicando radioactividad. Cada señal tiene un símbolo diferente y los 
símbolos son mostrados en la figura 2-4 
 Fig. 2-4. Simbología de las líneas de conexión de instrumentos.
Empleo de los símbolos
En la figura 2-5 se ilustra un diagrama que muestra la instrumentación de un proceso 
de un intercambiador de calor, en el cual se manipulan las variables de flujo de vapor, 
flujo de agua, nivel y temperatura. 
Conexión a proceso o alimentación
Señal eléctrica
Señal hidráulica
Capilar (sistema térmico)
Unión o conexión interna
Señal electromagnética sónica o radiactiva
Señal neumática
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Medición y control de procesos industriales46
En dicho proceso se está calentando un líquido que entra por la parte superior del diagra-
ma y se registra el flujo de entrada a través del grupo de instrumentos rotulados con el 
número 200, la temperatura se controla dejando pasar más o menos líquido al tanque, 
además de registrarla y accionar alarmas en caso de baja temperatura, por medio de los 
instrumentos involucrados con el número 201; así mismo el nivel es controlado dentro 
del intercambiador a través de la instrumentación número 202, de tal manera que el reci-
piente no llegue a estar vacío y finalmente mediante la instrumentación 203 se registra el 
flujo y la presión del vapor, con el que es calentado el líquido en el recipiente.
En el diagrama se muestran los elementos primarios de medición (sensores de flujo, 
temperatura y presión), los equipos de control y monitoreo (controladores, indicadores 
y registradores) y los elementos finales de control (válvulas). Note que se utilizan: lazos 
de control, indicación y registro de las variables únicamente. Así mismo se está indi-
cando el tipo de conexión entre cada instrumento y el proceso (toma directa o mediante 
tubos capilares) y entre instrumentos (señales eléctricas y neumáticas).
Referente a la ubicación de los instrumentos, si revisamos la figura 2-1, los que están mon-
tados en el panel de control son: FR-200, FR-202, PR-202 y TRC-201, mientras que los 
que están montados en campo son todos los demás. Así mismo, los equipos que manejan 
señales neumáticas son: las salidas de TRC-201, FT-202, PT-202, LIC-203 y las válvulas TV-
201 y LV-202, los de señales eléctricas son: FT-200 con FR-200 y TS-201 con TAL-201 y 
los de señales por medio de tubo capilar son: el TIC-201 (la entrada).
El poder reconocer la manera en que se manejan las señales en el proceso y cómo se 
logra la identificación