Es aquel dispositivo que esta en contacto con la variable del proceso y utiliza o absorbe  energía del medio controlado para dar al sistema de medición una indicación en respuesta a la variación de la variable controlada. El efecto producido por el elemento primario puede ser un cambio de presión, fuerza, posición, medida eléctrica, etc.

Indicador

Es aquel instrumento que indica las variables físicas o químicas.

 Transmisor

Capta la variable del proceso a través del elemento primario y la transmite a distancia en forma de señal estandarizada a un aparato receptor.

Transductor

Recibe una señal de entrada en función de una o más cantidades físicas y las convierte modificada o no a una señal de salida.

Presión

Se encuentra con frecuencia que la eficacia de una fuerza dada depende del área donde se ejerce. Por ejemplo, una mujer con zapato de tacón fino, causará mayor daño al piso que una que tuviera zapatos de tacón plano. Aunque en ambos casos se ejerce la misma fuerza hacia abajo, pero queda claro que con los tacones finos el peso se distribuye en un área menor.

La presión es definida como la fuerza ejercida contra una superficie dada; también puede definirse como la magnitud de la fuerza aplicada al área en cuestión.

Unidades de presión

Se forma enrollando más de una espira en forma de resorte, esto con la finalidad de tener una mayor seguridad en el equipo.

Diafragma

Manómetro

Uno de los instrumentos más sencillos para la medición de presión, es sin duda el manómetro. Se le encuentra en todas partes, ya que tiene un  costo relativamente bajo, son fáciles de instalar y con necesidades de mantenimiento relativamente bajas.
Los manómetros más comunes tienen como elemento primario el bourdón tipo “C”.
En manómetros de baja presión se emplean los diafragmas. Las unidades de presión  en  los manómetros vienen dadas generalmente en psi, kg/cm2, bar, in Hg, entre otras.

Selección de los Manómetros

Cuando se selecciona un manómetro de presión, es importante tener en cuenta los siguientes factores para obtener seguridad y presión:

1.- Composición del fluido
2.- Temperatura del fluido
3.- Condiciones ambientales
4.- Rango de presión
5.- Condiciones que afectan el uso del sistema
6.- Método de instalación
7.- Precisión requerida

Clasificación de los manómetros 

• Manómetros (para presiones mayores a la atmosférica)
• Vacuómetros (para presiones menores que la atmosférica)
• Manómetros compuestos (es para vacíos y pequeñas presiones)

La temperatura es una manifestación del promedio de energía cinética  de las moléculas de una sustancia, debido  a la presencia del calor. Generalmente se usa el término temperatura para describir el grado de calor de un cuerpo. Sin embargo la temperatura no es una medición de la cantidad total de la energía calorífica que posee un cuerpo, ya que también depende de otros factores incluyendo la masa del cuerpo y su calor especifico.

Por lo tanto podemos decir que un cuerpo contiene mas calor cuando esta caliente que cuando esta frío, pero que dos objetos a la misma temperatura pueden tener una cantidad muy diferente de calor, dependiendo de sus masas y el material del cuerpo.

Calor es la energía que produce un aumento de temperatura y, en consecuencia cambios en todas las otras propiedades físicas del cuerpo. Por ejemplo:

• Aumento en dimensiones
• Aumento de presión, a volumen constante.
• Cambio de la fuerza electromotriz (f.e.m.) desarrollada cuando el cuerpo esta en contacto con otro.
• Cambio de la resistencia eléctrica.
• Cambio de la radiación superficial.
• Cambio de color.
• Cambio de estado.

Instrumentos que se emplean para medir la temperatura:

• Termómetros de vidrio
• Termómetros bimetálicos
• Sistemas tipo lleno
• Termopares
• Termoresistencias
• Termistores
• Pirómetros 

Para determinar el valor de una temperatura, hacemos usos de escalas. Estas se determinan usando dos puntos de equilibrio térmico (fusión del hielo y ebullición del agua) y el intervalo entre ellos dividido entre el numero igual de partes.

Conversión de unidades de temperatura

• Celsius a Fahrenheit

ºF = 1.8 ºC + 32

• Fahrenheit a Celsius
  
  

  ºC =	ºF    32
  	1.8

  
  
• Celsius a Kelvin
  
  ºK = ºC+273

• Kelvin a Celsius
  
  ºC = ºK – 273
  

• Fahrenheit a Rankine
  
  ºR = ºF + 460
  
  
• Rankine a Fahrenheit
  
  ºF = ºR – 460
  
  
• Celsius a Rankine
  
  ºR= 1.8 ºC + 492
  
  
• Rankine a Fahrenheit
  
  

  ºC =	ºR  -  492
  	1.8

Termómetro de vidrio

Este termómetro basa su funcionamiento en el aumento de volumen con el  aumento de la temperatura. Este termómetro esta formado de un capilar de vidrio llenado con un líquido de alto coeficiente de dilatación, tal como el alcohol, el metano, mercurio, etc. Al cambiar la temperatura del bulbo, el líquido aumenta su volumen subiendo por el tubo capilar hasta una altura determinada por la temperatura medida. Sobre el capilar se encuentra graduada la escala en la cuál se hará la lectura correspondiente.

El rango de temperatura recomendado es de – 200º C hasta no mas de 280º C.

• El cambio de volumen que experimentan los metales con la temperatura
• El coeficiente de dilatación diferente para todos los metales

Una tira bimetálica esta constituida por dos barras de metal de diferente coeficiente de dilatación (uno alto y otro bajo), los cuales están perfectamente unidos. Cuando aumenta la temperatura una barra se dilata más que la otra, generando que la barra se doble, la deflexión es proporcional a:

• El cuadrado de la longitud
• Al cambio de temperatura
• Inversamente proporcional al grosor

Estos termómetros se utilizan donde la temperatura no necesita ser monitoreada continuamente o para transmisión remota hacia un controlador o registrador, si no que únicamente se usan como una guía de operación satisfactoria.

El termopar es uno de los métodos más sencillos para determinar la temperatura de un proceso.

Un termopar es la unión entre dos metales diferentes, cuando estos se calientan se genera una fuerza electromotriz la cuál se puede medir en la otra unión de los dos metales. A la unión que esta en contacto con el proceso se le llama junta caliente o junta de medición y la junta que esta en el instrumento se le llama junta fría o de referencia. Los conductores forman un circuito eléctrico y fluye corriente debido a la fuerza electromotriz.

Tipos de Termopares

 Termopar tipo “E”

Su principal aplicación es en atmósferas oxidantes. Su rango de temperatura es de -15º C a 870º C.

Termopar tipo “J”
           
Se usa en atmósferas oxidantes y reductoras y sobre todo en ausencia de oxígeno libre. Su rango de temperatura es de -15º C a 760º C.

Termopar tipo “K”
           
Usado en atmósferas neutrales y oxidantes, no debe emplearse en atmósferas reductoras. Su rango de temperatura es de -15º C a 1’260ºC.

 Termopar tipo “T”
           
Es extremadamente resistente a la corrosión en atmósferas normales. Puede usarse en atmósferas reductoras y oxidantes. Debe evitarse utilizarse en soluciones alcalinas, amoniaco, peróxido de hidrogeno, azufre fundido, sulfato de hidrógeno y dióxido de azufre. Su rango de temperatura es de          –185º C a 370º C.

Termopar tipo “R”
           
Su rango es de  -15ºC a 1480º C

Termopar tipo “S”

Su rango es de  -15ºC a 1480º C

Termopar tipo “B”

Su rango es de 870º C a 1700º C

Nota: Los termopares R, S, y B deben usarse en atmósferas oxidantes.

Detectores de temperatura tipo resistencia (RTD)

Su principal uso es mediciones de gran exactitud  y para span´s de temperatura muy angostos.

Su funcionamiento es la variación de su resistencia conforme varia la temperatura. La magnitud de cambio con respecto a una variación de 1 grado se conoce como coeficiente de resistencia térmica de un material conductor. Para metales puros este coeficiente es constante en un rango amplio de temperatura.

Para los metales este coeficiente es positivo, quiere decir que cuando aumenta la temperatura aumenta la resistencia del material. Los metales que se emplean en la fabricación de termoresistencias deben de tener las siguientes características:

• Un alto coeficiente de resistencia térmica
• Alta resistividad
• Reacción lineal resistencia – temperatura
• Rigidez y ductilidad
• Estabilidad de las características durante la vida útil del material

Termistores

            Los termistores son semiconductores hechos de mezclas puras de óxido de níquel, manganeso, cobre, cobalto, hierro, titanio y otros metales sintetizados arriba de 1800º F. Los termistores tienen un alto coeficiente térmico y pueden medir temperatura absoluta.

Las principales ventajas son:

• Su tamaño pequeño presente a una respuesta muy rápida
• Coeficiente de resistencia térmico es muchas veces mayor que el del instrumento
• Muy bueno para span´s pequeños
• No requiere compensación por junta fría
• La estabilidad aumenta con el tiempo

Desventajas:

• Respuesta no lineal
• Puede presentarse problemas de intercambiabilidad
• Presentan problemas de inestabilidad a temperaturas arriba de 600º F
• No es aconsejable para span´s grandes

Fluido
 
Es aquella sustancia que, debido a su poca cohesión intermolecular, carece de forma propia y adopta la forma del recipiente que lo contiene.

Los fluidos  se clasifican en líquidos y gases

Los líquidos a una presión y temperatura determinadas ocupan un volumen determinado. Introducido el líquido en un recipiente adopta la forma del mismo, pero llenando solo el volumen que le corresponde. Si sobre el líquido reina una presión uniforme, por ejemplo, la atmosférica, el líquido adopta una superficie libre, plana, como la superficie de un lago o la de un cubo de agua.

Los gases a una presión y temperatura determinada tienen también un volumen; los líquidos ofrecen gran resistencia al cambio de volumen, pero no de forma; y los gases ofrecen poca resistencia al cambio  de forma y de volumen.

Por tanto, el comportamiento de líquidos y gases es análogo en conductos cerrados (tuberías); pero no en conductos abiertos (canales), porque solo los líquidos son capaces de crear una superficie libre.

En general los sólidos y los líquidos son pocos comprensibles (aunque para resolver problemas en ingeniería, se supone que son incompresibles) y los gases muy compresibles; pero ningún cuerpo (sólido, líquido o gaseoso) es estrictamente incompresible.

Medición y transmisión de densidad

  Densidad específica o absoluta

Densidad relativa

Evidentemente la densidad relativa no tiene dimensiones, además hay que señalar que siendo la densidad del agua a 4ºC igual a 1gr/cm3 o 1000 kg/m3.

Peso específico

Es el peso del fluido por unidad de volumen, Por lo tanto, entre el peso específico y la densidad existirá la relación siguiente:



Siendo g la aceleración debida a la gravedad

Aplicaciones en la industria

• Medidor de Peso con transmisor  sanitario.

 Se tiene un tanque de 15’000 litros con las siguientes características:

• Diámetro de 2.20 mts.
• Altura de 4 mts.

• y =	1.033	gr
  		cm2

•  Medidor de Capacidad  con transmisor sanitario.

Se tiene un tanque de 15’000 litros con las siguientes características:

• Diámetro de 2.20 mts.
• Altura de 4 mts.

• y =	1.033	gr
  		cm2

• Medidor de Nivel  con transmisor sanitario.

 Se tiene un tanque de 15’000 litros con las siguientes características:

• Diámetro de 2.20 mts.
• Altura de 4 mts.

• y =	1.033	gr
  		cm2

• Se tiene una prensa hidráulica con un diámetro de 6” con una capacidad de 120 Toneladas. Calcular la capacidad de la prensa en psi, para determinar el rango de presión del  transductor a utilizar, así como los datos a introducir en el smart system para que nos indique en Toneladas.