Capitulo III
Instrumentos de Medición
Profesor:
Rafael Guzmán Muñoz
[email protected]
2007
Índice
Contenidos y Agenda
Clases de Instrumentos
• En función de los Instrumentos
• En función de la Variable de Proceso
Variables de Proceso
•
•
•
•
Caudal
Presión
Nivel
Temperatura
2007
CLASES DE INSTRUMENTOS
• Los instrumentos de medición y de control son relativamente
complejos y su función es fácil de comprender si están incluidos
dentro de una clasificación adecuada. Como es lógico pueden
existir varias formas para clasificar los instrumentos, cada una
de ellas con sus propias ventajas y limitaciones.
• Se consideran dos clasificaciones básicas, que son:
- En función del Instrumento.
- En función de la Variable.
2007
EN FUNCION DEL INSTRUMENTO
Instrumentos Ciegos: Son aquellos que no tienen indicación
visible de la variable. Hay que hacer notar que son ciegos los
instrumentos de alarma, tales como presostatos y termostatos
(interruptores de presión y temperatura respectivamente) que
poseen una escala exterior con un índice de selección de la
variable, ya que sólo ajustan el punto de disparo del interruptor o
conmutador al cruzar la variable el valor seleccionado. Son
también instrumentos ciegos, los transmisores de caudal, presión,
nivel y temperatura sin indicación.
2007
EN FUNCION DEL INSTRUMENTO
Instrumentos Indicadores: Disponen de un índice y de una
escala graduada en la que puede leerse el valor de la variable.
Existen también indicadores digitales que muestran la variable en
forma numérica con dígitos.
2007
EN FUNCION DEL INSTRUMENTO
Instrumentos Registradores: Registran con trazo continuo o
de puntos la variable de interés. Estos gráficos pueden ser
circulares, rectangular.
Los registradores de gráfico circular suelen tener el gráfico de 1
revolución en 24 horas mientras que los registradores de gráfico
rectangular la velocidad normal del gráfico es de unos 20
mm/hora.
2007
EN FUNCION DEL INSTRUMENTO
Elementos Primarios: Están en contacto con la variable y
utilizan o absorben 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, etcétera.
2007
EN FUNCION DEL INSTRUMENTO
Transmisores: Captan la variable
de proceso a través del
elemento primario y la transmiten a distancia en forma de señal
neumática de rango 3 a 15 psi (libras por pulgada cuadrada) o
eléctrica de 4 a 20 mA de corriente continua.
2007
EN FUNCION DEL INSTRUMENTO
Transductores: Reciben una señal de entrada en función de
una o más cantidades físicas y la convierten a una señal de
salida. Son transductores: un relé, un elemento primario, un
transmisor, un convertidor PP/ I (presión de proceso a
intensidad), etcétera.
2007
EN FUNCION DEL INSTRUMENTO
Transductores: Reciben una señal de entrada en función de
una o más cantidades físicas y la convierten a una señal de
salida. Son transductores: un relé, un elemento primario, un
transmisor, un convertidor PP/ I (presión de proceso a
intensidad), etcétera.
2007
EN FUNCION DEL INSTRUMENTO
Conversores: Son aparatos que reciben una señal de entrada
neumática (3-15 psi) o eléctrica (4-20 mA c.c.) procedente de un
instrumento y después de modificarla envían la resultante en
forma de señal de salida estándar.
Ejemplo: Un convertidor P/I (señal de entrada neumática a
señal de salida eléctrica), un convertidor I/P (señal de entrada
eléctrica a señal de salida neumática).
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EN FUNCION DEL INSTRUMENTO
Receptores:
Reciben
las
señales
procedentes
de
los
transmisores y las indican o registran.
Los receptores
controladores envían otra señal de salida normalizada a los
valores ya indicados 3-15 psi en señal neumática, 4-20 mA c.c.
en señal eléctrica, que actúan sobre el elemento final de control.
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EN FUNCION DEL INSTRUMENTO
Controladores: Comparan la variable controlada (presión, nivel,
temperatura) con un valor deseado y ejercen una acción
correctiva de acuerdo con la desviación. La variable controlada la
pueden recibir directamente, como controladores locales o bien
indirectamente en forma de señal neumática o eléctrica,
procedente de un transmisor.
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EN FUNCION DEL INSTRUMENTO
Elemento Final de Control: Recibe la señal del controlador y
modifica el caudal del fluido o agente de control. En el control
neumático, el elemento suele ser una válvula neumática o un
servomotor neumático que efectúan su carrera completa de 3 a
15 psi.
En el control eléctrico, la válvula o el servomotor
anteriores son accionados a través de un convertidor de
intensidad a presión (I/P).
2007
EN FUNCION DE LA VARIABLE
DE PROCESO
De acuerdo con la variable del proceso, los instrumentos se
dividen de acuerdo a la variable física a medir, como ejemplos se
presentan los siguientes instrumentos de :
• Caudal
• Nivel
• Presión
• Temperatura
• Densidad
• Peso Específico
• Velocidad
• pH
• Conductividad
2007
2007
EN FUNCION DE LA VARIABLE
DE PROCESO
2007
Índice
Contenidos y Agenda
Clases de Instrumentos
• En función de los Instrumentos
• En función de la Variable de Proceso
Variables de Proceso
•
•
•
•
Caudal
Presión
Nivel
Temperatura
2007
EN FUNCION DE LA VARIABLE DE
PROCESO: Caudal
¿Cómo se define CAUDAL?
Q   
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CAUDAL
“Es la cantidad de fluido que pasa por determinado elemento
en la unidad de tiempo”
Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que
pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Menos
frecuentemente se identifica con el flujo másico o masa que pasa
por un área dada en la unidad de tiempo.
¿Cuáles son sus unidades de medida?
Sistema MKS: m^3/s
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CAUDAL
• Medidores de presión diferencial
– Placa orificio
– Tubo Venturi
– Tubo Pitot
– Medidores de impacto
• Medidores de velocidad
– Medidor de turbina
– Medidor electromagnético
– Medidor Vortex
– Rotámetro
– Medidor de ultrasonidos
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CAUDAL
• Medidores Másicos
– Medidor másico térmico
– Medidor de Coriolis
– Medidores volumétricos
2007
MEDIDORES DE PRESION
DIFERENCIAL
“Al restringir el paso de fluido se produce una caída de presión
estática.”
2007
MEDIDORES DE PRESION
DIFERENCIAL
2007
MEDIDORES DE PRESION
DIFERENCIAL
Placa Orificio :
• Es una placa con un orificio (generalmente afilado aguas arriba y
biselado aguas abajo).
• Se usa con líquido limpios y gases.
• Los fluidos sucios producen erosión del filo de la placa.
• Se usan orificios excéntricos:
– en la parte alta, para permitir el paso de gases al medir líquidos.
– en la parte baja, para dejar pasar sólidos suspendidos.
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MEDIDORES DE PRESION
DIFERENCIAL
Tubo Venturi :
• Se utiliza cuando es importante limitar la caída de presión.
• Consiste en un estrechamiento gradual cónico y una descarga con
salida también suave.
• Se usa para fluidos sucios y ligeramente contaminados.
• Se utiliza para tasas de "turn down" (relación entre el máximo y el
mínimo caudal, ej. 4:1 ) altas, como la de las líneas de vapor.
• El alto coste restringe su utilización.
• El efecto Venturi se explica por el Principio de Bernoulli y el principio
de continuidad de masa. Si el caudal de un fluido es constante pero la
sección disminuye, necesariamente la velocidad aumenta. Por el
teorema de conservación de la energía si la energía cinética aumenta,
la energía determinada por el valor de la presión disminuye
forzosamente.
2007
MEDIDORES DE PRESION
DIFERENCIAL
2007
MEDIDORES DE PRESION
DIFERENCIAL
Tubo de Pitot :
• Mide la velocidad en un punto.
• Consiste en un tubo de pequeño diámetro que se opone al flujo, con
lo que la velocidad en su extremo mojado es nula. Midiendo la altura
de la columna de líquido tenemos la presión total del punto. Si
medimos la presión estática con otro tubo, podemos calcular la
velocidad como función de la diferencia de presiones.
• Sus ventajas son la escasa caída de presión y bajo precio, siendo por
ello una buena elección para tuberías de gran diámetro y para gases
limpios.
• El tubo Annubar es una variante del tubo de Pitot que dispone de
varias tomas, a lo largo de la sección transversal, con lo que se
mide la presión total en varios puntos, obteniendo la media de
estos valores y evitando el error que produce el tubo de Pitot.
2007
MEDIDORES DE PRESION
DIFERENCIAL
2007
MEDIDORES DE PRESION
DIFERENCIAL
2007
MEDIDORES DE PRESION
DIFERENCIAL
Medidores de Impacto :
•
Miden la fuerza sobre una placa (generalmente un disco circular)
que se coloca en contra del flujo.
•
Tienen baja precisión (0.5 - 5%), pero son adecuados fluidos
sucios, de alta viscosidad y contaminados.
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MEDIDORES DE VELOCIDAD
–
–
–
–
–
Medidor de turbina
Medidor electromagnético
Medidor Vortex
Rotámetro
Medidor de ultrasonidos
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MEDIDORES DE VELOCIDAD
Medidor de Turbina :
•
•
•
•
•
El fluido entra en el medidor y hace girar un rotor a una velocidad
que es proporcional a la del fluido, y por tanto al caudal
instantáneo.
La velocidad de giro del rotor se mide por conexión mecánica (un
sensor registra el número de vueltas) o por pulsos electrónicos
generados por cada giro.
Son los más precisos (Precisión 0.15 - 1 %).
Son aplicables a gases y líquidos limpios de baja viscosidad.
Problemas: Pérdida de carga y partes móviles
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MEDIDORES DE VELOCIDAD
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MEDIDORES DE VELOCIDAD
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MEDIDORES DE VELOCIDAD
Medidor de Electromagnético :
•
•
•
•
•
Se basan en la Ley de inducción electromagnética de Faraday: “el
voltaje inducido en un conductor que se mueve en un campo
magnético, es proporcional a la velocidad del conductor, dimensión
del conductor, y fuerza del campo magnético”
(E=K V D B).
Es poco sensible a los perfiles de velocidad y exigen conductividad
de 5μΩ/cm.
No originan caída de presión .
Se usan para líquido sucios, viscosos. y contaminados.
Precisión: 0.25 - 1%
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MEDIDORES DE VELOCIDAD
El medidor consta de:
Tubo de caudal:
• el propio tubo (de material no magnético) recubierto de material
no conductor (para no cortocircuitar el voltaje inducido), bobinas
generadoras del campo magnético, electrodos detectores del voltaje
inducido en el fluido.
Transmisor:
• Alimenta eléctricamente (C.A. o C.C.) a las bobinas.
• Elimina el ruido del voltaje inducido.
• Convierte la señal (mV) a la adecuada a los equipos de indicación y
control (mA, frecuencia, digitales).
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MEDIDORES DE VELOCIDAD
2007
MEDIDORES DE VELOCIDAD
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MEDIDORES DE VELOCIDAD
Medidor de Vortex :
•
•
•
•
•
•
La introducción de un cuerpo romo en la corriente de un fluido
provoca un fenómeno de la mecánica de fluidos conocido como
vórtice o torbellino (efecto de Van Karman).
Los vórtices son áreas de movimiento circular con alta velocidad
local.
La frecuencia de aparición de los vórtices es proporcional a la
velocidad del fluido.
Los vórtices causan áreas de presión fluctuante que se detectan con
sensores.
Indicado para gases y líquidos limpios.
Precisión: 1%
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MEDIDORES DE VELOCIDAD
Rotámetro:
•
•
•
Medidores de área variable en los
que un flotador cambia su posición
de forma proporcional al caudal
Como indicador visual. Se le puede
hacer acoplamiento magnético
Instalación en vertical
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MEDIDORES DE VELOCIDAD
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MEDIDORES DE VELOCIDAD
Ultrasonido:
•
•
•
•
Emplean ondas ultrasónicas para determinar el caudal.
Son adecuados para medir líquidos altamente contaminados o
corrosivos, porque se instalan exteriormente a la tubería.
Precisión: 2 - 5%
Existen dos tipo:
– Medidor a Pulsos
– Medidor Doppler
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MEDIDORES DE VELOCIDAD
Ultrasonido – medidor de pulsos :
•
Se introducen dos pulsos inclinados y simultáneamente, mediante
dos transmisores emisor- receptor, que reflejan en la tubería. La
diferencia de tiempo para el mismo camino recorrido depende de la
velocidad del flujo.
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MEDIDORES DE VELOCIDAD
Ultrasonido – medidor doppler :
•
Emite ondas de frecuencia fija que reflejan en el fluido.
•
Como el fluido posee velocidad se produce una variación de la
frecuencia de la onda reflejada
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MEDIDORES MASICOS
– Medidor másico térmico
– Medidor de Coriolis
– Medidores volumétricos
• Medidor de desplazamiento positivo
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MEDIDORES MASICOS
Medidor Másico Térmico :
•
•
•
•
•
Medidor de incremento de Tª
Consiste en aportar calor en un punto de la corriente y medir la Tª
aguas arriba y aguas abajo.
Si la velocidad del fluido fuese nula no habría diferencia de Tª, pero
al existir velocidad la diferencia de Tª es proporcional al flujo
másico existente.
Lo más común es el diseño en bypass.
Precisión: 1%
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MEDIDORES MASICOS
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MEDIDORES MASICOS
Medidor de Coriolis :
•
•
•
Se basa en que la aceleración absoluta de un móvil es la resultante de la
relativa, la de arrastre y la de Coriolis
Tres bobinas electromagnéticas forman el sensor:
– La bobina impulsora hace vibrar los (dos) tubos, sometiéndolos a un
movimiento oscilatorio de rotación alrededor del eje OO’. Vibran a la
frecuencia de resonancia (menos energía), 600-2000 Hz.
– Los 2 detectores electromagnéticos inducen corrientes eléctricas de
forma senoidal, que están en fase si no circula fluido.
El flujo atraviesa (dos) tubos en forma de U, estando sometido a una
velocidad lineal "v" y una velocidad angular "ω" de rotación alrededor de
O-O’, por lo que sufre una aceleración de Coriolis de valor
a=2 ω x v
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MEDIDORES MASICOS
•
•
•
•
•
•
La fuerza ejercida sobre el fluido como consecuencia de la
aceleración cambia de signo con "v", por lo que se genera un par de
fuerzas que produce una torsión de los tubos alrededor del eje RR'.
La torsión alrededor del eje R-R’ produce un desfase de tiempo ∆t,
entre las corrientes inducidas por los detectores electromagnéticos,
que es proporcional al par de fuerzas ejercido sobre los tubos, y por
tanto a la masa que circula por ellos.
Alta precisión: (0.2 - 0.5%)
La medida es independiente de la temperatura, presión, densidad,
viscosidad y perfil de velocidades.
Mantenimiento casi nulo, lo que abarata su coste.
Se aplica a fluidos viscosos, sucios, corrosivos con Tª extrema alta o
baja, y con altas presiones.
2007
MEDIDORES MASICOS
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MEDIDORES MASICOS
Medidor Volumétrico – Desplazamiento Positivo :
•
•
•
•
El flujo se divide en segmentos de volumen conocido, contando el
número de segmentos en un intervalo de tiempo.
Se usa en aplicaciones de fluidos de alta viscosidad, y fluidos de
menos de 5 cm / μS (no se pueden usar el medidor magnético).
No se recomienda con fluidos sucios al existir partes móviles.
Precisión: (0.2 - 0.5%)
2007
Índice
Contenidos y Agenda
Clases de Instrumentos
• En función de los Instrumentos
• En función de la Variable de Proceso
Variables de Proceso
•
•
•
•
Caudal
Presión
Nivel
Temperatura
2007
EN FUNCION DE LA VARIABLE
DE PROCESO : Presión
¿Cómo se define PRESION?
La Presión se define como la fuerza por unidad de superficie que se
ejerce perpendicularmente a dicha superficie.
P=F/A
¿Cuáles son sus unidades de medida?
En el sistema internacional se mide en Pascales (Pa), también
conocidos como [N/m2].
Esto puede hacerse equivalente a unidades del Sistema Internacional
MKS :[Kg/m2].
2007
PRESIÓN Y SUS EQUIVALENCIAS
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PRESIÓN ABSOLUTA
 Es la presión de un fluido medido con referencia al vacío perfecto
o cero absoluto. La presión absoluta es cero únicamente cuando no
existe choque entre las moléculas lo que indica que la proporción de
moléculas en estado gaseoso o la velocidad molecular es muy
pequeña. Este término se creó debido a que la presión atmosférica
varía con la altitud y muchas veces los diseños se hacen en otros
países a diferentes altitudes sobre el nivel del mar por lo que un
término absoluto unifica criterios.
2007
PRESIÓN ATMOSFERICA
 El hecho de estar rodeados por una masa gaseosa (aire), y al tener
este aire un peso actuando sobre la tierra, quiere decir que estamos
sometidos a una presión (atmosférica), la presión ejercida por la
atmósfera de la tierra, tal como se mide normalmente por medio del
barómetro (presión barométrica). Al nivel del mar o a las alturas
próximas a este, el valor de la presión es cercano a 14.7 lb/plg2 (760
mmHg--10m.c.a.), disminuyendo estos valores con la altitud .
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PRESIÓN MANOMETRICA
 Son normalmente las presiones superiores a la atmosférica, que se
mide por medio de un elemento que registra la diferencia entre la
presión que es desconocida y la presión atmosférica que existe, si el
valor absoluto de la presión es constante y la presión atmosférica
aumenta, la presión manométrica disminuye; esta diferencia
generalmente es pequeña mientras que en las mediciones de presiones
superiores, dicha diferencia es insignificante. Es evidente que el valor
absoluto de la presión puede obtenerse adicionando el valor real de la
presión atmosférica a la lectura del manómetro.
La presión puede obtenerse adicionando el valor real de la presión
atmosférica a la lectura del manómetro.
Presión Absoluta = Presión Manométrica + Presión Atmosférica.
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VACIO
 Se refiere a presiones manométricas menores que la atmosférica,
que normalmente se miden, mediante los mismos tipos de elementos
con que se miden las presiones superiores a la atmosférica, es decir,
por diferencia entre el valor desconocido y la presión atmosférica
existente. Los valores que corresponden al vacío aumentan al acercarse
al cero absoluto y por lo general se expresa a modo de centímetros de
mercurio (cmHg), metros de agua, etc.
 De la misma manera que para las presiones manométricas, las
variaciones de la presión atmosférica tienen solo un efecto pequeño en
las lecturas del indicador de vacío.
2007
CLASES DE PRESIONES
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TIPOS DE INSTRUMENTOS
Medidores de
Presión
Mecánicos
Elementos
primarios elásticos
Medición directa
Neumáticos
Equilibrio de
Movimientos
Electromecánicos
Equilibrio de
Fuerzas
Electrónicos
equilibrio de Fuerzas
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Resistivos
Magnéticos
Capacitivos
Piezoeléctricos
RANGOS DE OPERACIÓN
Tipo de Manómetro
Rango de Operación
M. de Ionización
0.0001 a 1 x 10-3 mmHg ABS
M. de Termopar
1 x 10-3 a 0.05 mmHg
M. de Resistencia
1 x 10-3 a 1 mmHg
M. Mc. Clau
1 x 10-4 a 10 mmHg
M. de Campana Invertida
0 a 7.6 mmH2O
M. de Fuelle Abierto
13 a 230 cmH2O
M. de Cápsula
2.5 a 250 mmH2O
M. de Campana de Mercurio
(LEDOUX) 0 a 5 mts H2O
M. "U"
0 a 2 Kg/cm2
M. de Fuelle Cerrado
0 a 3 Kg/cm2
M. de Espiral
0 a 300 Kg/cm2
M. de Bourdon tipo "C"
0 a 1,500 Kg/cm2
M. Medidor de esfuerzos (stren geigs)
7 a 3,500 Kg/cm2
M. Helicoidal
0 a 10,000 Kg/cm2
2007
INSTRUMENTOS MECANICOS
Estos elementos se subdividen a su vez en elementos primarios de
medida directa y Elásticos.
 Elementos Primarios de Medida Directa: Miden la presión
comparándola con la ejercida por un líquido de densidad y alturas
conocidas.
 Elementos Primarios Elásticos: Se deforman por la presión
interna del fluido que contienen.
2007
INSTRUMENTOS MECANICOS:
Medición directa
Por lo general, este tipo de instrumentos no se aplica en el ámbito
industrial, salvo en caso de ser utilizados como elementos patrones
o de calibración. Algunos de los elementos primarios de medición
directa son:
• Barómetro de Cubeta.
• Manómetro de Tubo U.
2007
INSTRUMENTOS MECANICOS:
Elásticos
A continuación, se indican algunos de los elementos primarios
elásticos más utilizados en la medición de presión.
 Tubo Bourdon.
 Diafragma.
 Fuelle.
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INSTRUMENTOS MECANICOS:
Elásticos
Tubo de Bourdon:
El elemento en espiral se forma
arrollando el tubo Bourdon en
forma de espirar alrededor de un
eje común.
En el helicoidal se aplica el mismo
concepto, pero sólo que en forma
de hélice.
Con estas características se
obtiene una mayor longitud de
desplazamiento de la aguja
indicadora,
favoreciendo
su
aplicación a sistemas registradores
2007
INSTRUMENTOS MECANICOS:
Elásticos
Tipo o elemento en Espiral:
Es un tubo de sección elíptica que
forma casi un anillo completo,
cerrado por un extremo. Una vez que
aumenta la presión al interior del
tubo, este tiende a enderezarse y el
movimiento se transmite a una aguja
graduada. La ley de deformación del
Tubo
ha
sido
determinada
empíricamente mediante diversos
ensayos.
2007
INSTRUMENTOS MECANICOS:
Elásticos
Tipo o elemento Helicoidal:
En el tipo helicoidal se arrolla más de una espira en forma de
hélice.
2007
INSTRUMENTOS MECANICOS:
Elásticos
•
•
•
•
•
•
Aplicaciones: Líquidos y Gases.
Rangos:
0.5 a 6.000 bar con una precisión de ±0,5 a ±1% para el tipo C.
– 0.5 a 2.500 bar con una precisión de ±0,5 a ±1% para el tipo Espiral.
– 0.5 a 5.000 bar con una precisión de ±0,5 a ±1% para el tipo Helicoidal.
Ventajas:
Amplia disponibilidad de tubos Bourdon.
– Los tipos helicoidal y espiral tiene un mayor rango de desplazamiento,
ideales para registradores.
– Tamaño pequeño.
– Gran duración
Desventajas:
– Depende del material de construcción para cada zona de proceso.
– Mayor costo de construcción
2007
INSTRUMENTOS MECANICOS:
Elásticos
Diafragma:
El manómetro a diafragma consiste en
una o varias cápsulas circulares
conectadas rígidamente entre sí por
soldadura, de forma que al aplicar la
presión, cada cápsula se deforma y la
suma
de
los
pequeños
desplazamientos es amplificada por un
juego de palancas.
El
material
del
diafragma
es
normalmente aleación de níquel o
inconel. Se utiliza en pequeñas
presiones
2007
INSTRUMENTOS MECANICOS:
Elásticos
Fuelle :
Un fuelle metálico es un elemento cilíndrico de
paredes corrugadas, que se expanden o contraen
cuando están sujetas a presión.
El material de los fuelles puede ser latón, bronce
fosforoso o acero inoxidable, dependiendo del
rango de presión deseado, la sensibilidad, la
resistencia a la corrosión.
Debido a que la vida de los fuelles se incrementa
cuando el desplazamiento axial se mantiene
restringido al mínimo posible, se emplean en
conjunto con un resorte de carga que se oponga
al movimiento del fuelle.
Cambiando este resorte, cambia la sensibilidad y
el rango del control, del mismo modo que sucede
con el caso de los diafragmas.
2007
RESUMEN DE INSTRUMENTOS
MECANICOS
2007
INSTRUMENTOS NEUMÁTICOS
A continuación, se indican los sensores neumáticos más utilizados
en la medición de presión.
 Sensor de Equilibrio de Movimientos.
 Sensor de Equilibrio de Fuerzas.
2007
INSTRUMENTOS NEUMATICOS
Sensor
de
Movimientos:
equilibrio
de
Compara el movimiento producido en
el elemento de medición en relación
con el asociado a la presión de
referencia. El conjunto se estabiliza
según la diferencia de movimientos,
alcanzado siempre una posición de
equilibrio
tal
que
exista
una
correspondencia
lineal
entre
la
variable medida y la señal de salida.
2007
INSTRUMENTOS NEUMATICOS
Sensor
de
Fuerzas:
equilibrio
de
Cuando
aumenta
la
fuerza
ejercida por el elemento de
medición
la
palanca
se
desequilibra y tapa la tobera, la
presión aumenta y el diafragma
ejerce una fuerza hacia arriba
alcanzando el nuevo equilibrio.
2007
INSTRUMENTOS
ELECTROMECANICOS
Estos elementos de presión están compuestos por un elemento
mecánicos elástico combinado con un transductor eléctrico que
genera una señal eléctrica proporcional a la presión medida. Estos
elementos se clasifican según su funcionamiento en:
 Transmisores
fuerzas.
electrónicos
 Resistivos.
 Magnéticos
 Capacitivos.
 Piezoeléctricos
2007
de
equilibrio
de
INSTRUMENTOS
ELECTROMECANICOS
TRANSMISORES ELECTRONICOS DE EQUILIBRIO DE FUERZAS :
En este instrumento el elemento mecánico elástico de medición
ejerce una fuerza sobre una barra rígida del transmisor. Para cada
valor de la presión la barra adopta una posición determinada
excitando un transductor de desplazamiento tal como un detector
de
Inductancia,
Transformador
Diferencial,
Fotoeléctrico.
2007
o
un
detector
TRANSMISORES ELECTRONICOS DE
EQUILIBRIO DE FUERZAS
Detector de Inductancias
Transformador Diferencial
Detector Fotoeléctrico
2007
CARACTERISTICAS DE LOS TRANSMISORES
ELECTRONICOS DE EQUILIBRIO DE FUERZAS
• Presentan movimientos muy pequeños en la barra de equilibrio.
• Poseen realimentación.
• Una muy buena elasticidad.
• Nivel alto en la señal de salida.
• Presentan un ajuste del cero y del span complicado, por su constitución
mecánica.
• Presentan una alta sensibilidad a vibraciones.
• La estabilidad en el tiempo es de media a pobre.
• Su intervalo de medida corresponde al del elemento mecánico que
utilizan.
• Su precisión es del orden de 0.5-1 %.
2007
INSTRUMENTOS
ELECTROMECANICOS
TRANSDUCORES RESISTIVOS :
Es uno de los transmisores mas sencillos. Consiste
en un elemento elástico que varía la resistencia
óhmica de un potenciómetro en función de la
presión. Las principales características de los
instrumentos electromecánicos resistivos son:
• Su señal de salida es bastante potente, sin
necesidad de amplificación.
• Son muy sensibles a vibraciones externas.
• Presentan una estabilidad pobre en el tiempo.
• Su intervalo de medida corresponde al del
elemento mecánico que utilizan.
• La precisión es del orden del 1-2%.
2007
INSTRUMENTOS
ELECTROMECANICOS
TRANSDUCORES MAGNETICOS :
Se clasifican según su principio de funcionamiento en:
 Transductores de Inductancia Variable.
 Transductores de Reluctancia Variable.
2007
INSTRUMENTOS
ELECTROMECANICOS
TRANSDUCORES DE INDUCTANCIA VARIABLE:
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. Presenta las
siguientes ventajas:
• En la medición no se produce rozamiento.
• Se obtiene una respuesta lineal.
• Son pequeños y de construcción robusta.
• No necesitan ajustes críticos en el
montaje.
• Su precisión es del orden del +/- 1%.
2007
INSTRUMENTOS
ELECTROMECANICOS
TRANSDUCORES DE RELUCTANCIA VARIABLE:
Consiste en un imán permanente o un
electroimán que crea un campo magnético
dentro del cual se mueve una armadura de
material magnético. El circuito se alimenta
con una fuerza magnetomotriz constante con
la que 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
proporcional a la presión medida.
2007
INSTRUMENTOS
ELECTROMECANICOS
TRANSDUCORES DE RELUCTANCIA VARIABLE:
Las características principales de este tipo de instrumento son:
• No existen rozamientos, por lo que se elimina la histéresis
mecánica típica de otros instrumento.
• Presentan una alta sensibilidad a las vibraciones.
• Presentan una estabilidad media en el tiempo.
• Son sensibles a las temperaturas.
• Su precisión es del orden del +/- 0.5%.
• Posicionan la armadura móvil con un elemento de presión
mecánico.
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INSTRUMENTOS
ELECTROMECANICOS
TRANSDUCORES 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 otro
de
capacidad
variable,
que
pueden
compararse en circuitos oscilantes o bien
en circuitos de puente de Wheatstone
alimentado con corriente alterna. Este
tipo de transductores se caracteriza por:
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INSTRUMENTOS
ELECTROMECANICOS
TRANSDUCORES CAPACITIVOS:
Las características principales de este tipo de instrumento son:
• Su pequeño tamaño y su construcción robusta.
• Tienen un pequeño desplazamiento volumétrico.
• Son adecuados para medidas estáticas y dinámicas.
• Son sensibles a las variaciones de temperatura.
• Su intervalo de medida es relativamente amplio.
• Su precisión es del orden de +/-0.2 a +/-0.5 %.
• Su señal de salida es débil por lo que precisan de amplificadores
con el riesgo de introducir errores es la medición.
2007
INSTRUMENTOS
ELECTROMECANICOS
TRANSDUCORES PIEZOELÉCTRICOS:
Son materiales cristalinos que al deformarse físicamente por la acción de una
presión, generan una señal eléctrica. Los materiales típicos en la construcción de los
transductores piezoeléctricos son el cuarzo y el titanato de bario, capaces de soportar
temperaturas del orden de 150ºC en servicio continuo y de 230°C en servicio
intermitente. Sus principales características son las siguientes:
• Son elementos ligeros, de pequeño tamaño y de construcción robusta.
• Su señal de respuesta es lineal a una variación de presión.
• Su precisión varía en el orden de +/- 1 %.
• El intervalo de medida varía entre 0.1 a 600 Kg/cm2.
• Son adecuados para medidas dinámicas, al ser capaces de respuestas
frecuenciales de hasta 1 millón de ciclos por segundo.
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INSTRUMENTOS
ELECTROMECANICOS
TRANSDUCORES PIEZOELÉCTRICOS:
Las principales desventajas este tipo de instrumento son:
• Son sensibles a los cambios de temperaturas.
• Precisan de ajustes de impedancia en caso de fuerte choque.
• Su señal de salida es relativamente débil por lo que precisa de
amplificadores y acondicionadores de señal que podrían introducir
errores en la medición.
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RESUMEN DE INSTRUMENTOS
ELECTROMECANICOS
2007
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Capitulo III Parte A - RAMOS ON