Post on 27-Nov-2015
INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN.
Presentado a :
ERIK GIOVANY MONTES PAEZ
Presentado por:
Reynel Fabian Carrillo Hernandez 2083337Diego Alencer Rangel Rendon 2093557
Brayan Sneyder Antolinez Romero 2083763
Introducción. Generalidades:
• Definición de Variable. • Clasificación de variables. • Definición de señal de medición.• Instrumentos y su clasificación
Sensores:• Presión• Temperatura• Nivel
Conclusiones . Bibliografía.
Funcionamiento Principio Físico Ventajas y desventajas
Contenido.
Toda industria que maneja procesos requiere cuantificar las cantidades de productos que entran o salen de un recipiente, tubería o sencillamente de un espacio limitado, en todos los proceso industriales en los que se manejen fluidos se realizan mediciones de temperatura, presión, nivel, caudal, etc. La medición de las cantidades involucradas permite controlar el proceso, agregando otro componente a la mezcla, reduciendo o incrementando la temperatura y/ o la presión, en fin, permite tomar decisiones acerca del paso siguiente para lograr un objetivo.
Introducción
Variable.
Variables térmicas
Se refieren a la condición o carácter de un material que
depende de su energía térmica
Variables de radiación
Se refieren a la emisión,
propagación y absorción de
energía a través del espacio en
forma de ondas.
Variables de velocidad
Están relacionadas con la velocidad a la que un cuerpo se mueve hacia o
en dirección opuesta a un
punto.
Variables de fuerza
Las variables de fuerza son aquellas
cantidades físicas que modifican la posición relativa
de un cuerpo
Variables de cantidad
Se refieren a la cantidad total de
material que existe dentro de ciertos
limites.
Variables de tiempo
Es la duración de un evento en
unidad de tiempo.
Cantidades o características que se
miden (las cuales sirven de base de
control)
Generalidades.
Señal de medición
Para la mayoría de las mediciones el cambio en la variable que se mide se transforma en el cambio de alguna otra variable (señal de medición)
Instrumentos y su clasificación.
.
•Grupo de elementos que sirven para medir, convertir, transmitir, controlar o registrar variables de un proceso con el fin de optimizar los recursos utilizados en éste
INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL
•Aparato que se usa para obtener magnitudes físicas mediante un proceso de medición.
INSTRUMENTO DE MEDICIÓN
•Cantidad estandarizada de una determinada magnitud física.
UNIDAD DE MEDIDA
Instrumentos.Función.
Inst. Ciegos.
Inst. Indicadores y Registradores.
Inst. Primarios.
Transmisores.
Receptores.
Controladores.
Elemento final de control.
Variable del proceso. Tipo de señal.
Funcionamiento. ¿Análogo ó digital?
Medición del instrumento
Error del instrumento: Es la diferencia algebraica entre el valor leído o
transmitido por el instrumento y el valor real de la variable medida.
Alcance (span) Es la diferencia algebraica entre los valores superior e
inferior del campo de medida del instrumento. En el instrumento de
temperatura de la figura 4.3, su valor es de 200° C.
Exactitud: Medida de lo correcta que es una observación, o sea cuan cerca está del
valor real o correcto. (Depende del instrumento de medida).
Precisión de un resultado: Es una medida de la reproductividad de una
observación, o sea, la cercanía de una serie de medidas entre sí. (Depende del
observador).
Medidores de Presión.
Presión.
https://www.google.com.co/search?um=1&hl=es&biw=1366&bih=634&tbm=isch&q=presion+absoluta&revid=757956909#facrc=_&imgdii=_&imgrc=4
Instrumentos para medición de la
presión.
Instrumentos mecánicos
Columnas de Líquido
Manómetro de Presión Absoluta, Manómetro
de Tubo en U, Manómetro de Pozo, Manómetro de Tubo
Inclinado, Manómetro Tipo Campana.
Instrumentos Elásticos
Tubos Bourdon, Fuelles,
Diafragmas.
Instrumentos electromecánicos
y electrónicos
Medidores de Esfuerzo, Transductores de Presión
Resistivos, Transductores de Presión Capacitivos,
Transductores de Presión Magnéticos, Transductores de
Presión Piezoeléctricos
Instrumentos mecánicos de medición.
1. Columnas de liquido (Manómetros):
Aplicación: •En laboratorios y como patrones para calibración de otros instrumentos de presión.
•El líquido utilizado depende del rango de presión a medir, pero generalmente se emplea agua, compuestos orgánicos y mercurio.
http://www.sabelotodo.org/aparatos/manometros.html
Instrumentos mecánicos de medición.
a. Manómetro para medición de Presión Absoluta: b. Manómetro de tubo en "U":
P= h. sg
Instrumentos mecánicos de medición.
c. Manómetro de Pozo:
• La presión diferencial es indicada únicamente por la altura del líquido en el tubo .
d. Manómetro de tubo inclinado
• El tubo esta inclinado con el objeto de obtener una escala mayor, ya que en este caso h = L sen Ø.
Instrumentos mecánicos de medición.
e. Manómetro tipo campana: Es una campana invertida dentro de un recipiente que
contiene un líquido sellante. La campana está parcialmente sumergida en el líquido. La señal de mayor presión se aplica sobre el interior de la campana invertida; la señal de menor presión se aplica sobre el interior del recipiente que contiene el líquido. El movimiento vertical de la campana es proporcional al diferencial de presión.
Instrumentos mecánicos de medición.
2. Instrumentos elásticos :
a. Tubos Bourdon:
Tubo Bourdon tipo “C”: se utilizan principalmente para indicación local en medidores de presión.
Tubo Bourdon en Espiral: Mayor grado de movimiento por unidad de cambio en la presión.
-Bajo costo.--Construcción simple.
-Cobertura de rangos bajos y altos.
-Una buena relación precisión/costo.
-Muchos años de experiencia en su aplicación
-Pérdida de precisión por debajo de 50 psig.
-Usualmente requieren amplificación, la cual introduce
histéresis.Ventajas
Desventajas
http://www.telecable.es/personales/margavega/bourdon.htm
Instrumentos mecánicos de medición.
b. Fuelles: El cambio de longitud es mucho mayor que el que se obtendría si se utilizara un tubo Bourdon de las mismas características. En muchas aplicaciones el fuelle se expande muy poco, pero la fuerza que produce es significativa.
c. Diafragmas: Se emplean en medición de bajas presiones y vacío; y en mediciones de presión absoluta y diferencial.
http://www.sabelotodo.org/aparatos/manometros.html
Instrumentos electrónicos de medición.
Strain Gage (Galgas Estensométricas):Proporcionan un medio conveniente y confiable para medir presión de gases y líquidos. Son especialmente adecuados para ser utilizados en sistemas viscosos y corrosivos.
http://www.omega.com/literature/transactions/volume3/strain.html
Ventajas:Muy buena exactitud (0,1 %).No sensible a golpes y vibración.Rango entre 10 y 10.000 psi.Excelente estabilidad.Buena repetibilidad.Efecto de temperatura despreciable si se compensa.
Desventajas:Limitaciones por alta temperatura.Requiere compensación por temperatura.Requiere fuente de poder externa.Requiere conversión de señal.
Instrumentos electrónicos de medición.
Transductores resistivos: Operan bajo el principio de que un cambio en la presión produce un cambio en la resistencia del elemento sensor. Están constituidos por un elemento elástico (tubo Bourdon, fuelle, diafragma), el cual hace variar la resistencia de un potenciómetro en función de la presión.
Instrumentos electrónicos de medición.
Transductores Capacitivos: En este caso, el elemento sensor es un diafragma que está en contacto con la presión del proceso. Cuando la presión aplicada produce una deflexión en el diafragma, la capacitancia del elemento cambia enproporción a la presión aplicada.
Ventajas:Muy buenos para medir presiones bajas.Construcción rígida.No es afectado por vibración.
Desventajas:Sensibles a la temperatura.Se requiere electrónica adicional para producir una señal de salidaestándar.Requiere fuente de poder externa.
Instrumento Campo de Medida Precisión
Bourdon en C 0.725 - 8703.22psi 0.5- 1%
Bourdon Espiral 0.725 - 3626.34psi 0.5- 1%
Bourdon Helicoidal 0.725 - 7252.683psi 0.5- 1%
Diafragma 7.252 - 870.322 psi 0.5- 1%
Fuelle Hasta 10 psi 0.5- 1%
Strain gage 2.901 - 8703.22 psi 0.50%
Transmisores Resistivos 0.145 - 435.161 psi 1%
Transmisores capacitivos 0.05 - 870.322 psi 1%
Rangos de aplicación.
Modificada de http://www.tecnoficio.com/docs/doc57.php
Sensores o Instrumentos de Temperatura.
T.
Historia
Galileo 1592
Celsius, Kelvin y Rankine
Fahrenheit 1700
Magnitud Escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico.
Termómetros de bulbo
• Clase I, II, III, V
Termómetros BimetalicosTermómetros de Resistencia y Termopares
Termistores.
Pirómetros de Radiación
Termómetros de bulbo
Los Termómetros de Bulbo de uso industrial están diseñados para proveer una indicación o registro de la temperatura a distancia del punto de medición.
Elemento sensitivo a la temperatura (Bulbo).
Elemento sensitivo a los cambios de presión ovolumen (Bourdon, Fuelle, Diafragma).
Medio para conectar estos elementos (tubo capilar).
http://www.grainger.com/Grainger/WEISS-Analog-Panel-Mount-Thermometer-2CYP7
mecanismo para indicar, registrar o transmitir la señal relacionada con la temperatura
Termómetros de bulbo
Q
Clase I, V
• Operan según el principio de expansión volumétrica con la temperatura.
• Entre los líquidos utilizados se encuentran mercurio, éter, xileno y alcohol.
Termómetros de bulbo
Clase II• Operan según el principio
de cambio en la P de vapor con la temperatura.
• Para su operación pueden ser utilizados vapor ó algún líquido volátil.
Termómetros de bulbo
Clase III
• Operan según el principio de cambio en la presión del gas con la temperatura.
Tipo de Fluido Líquido Vapor Gas
Principio de Operación.
Cambio de Volumen,
Cambio en la presión de vapor.
Cambio en la presión.
Clase. I II III
Fluido. Líquidos orgánicos.
Líquidos orgánicos y agua. Gases Puros.
Rango de T. -130°C ~ +135°C -253°C ~ +315°C -270°C ~ +760°C
Alcance. Mín ~ Máx 25°C ~330 °C 40°C ~330 °C 70°C ~550 °C
Tamaño del Sensor. Muy pequeño. Mediano. Grande.
Precisión ±0,5 ~ ±1% de Span
±0,5 ~ ±1% de Span
±0,5 ~ ±1% de Span
Velocidad de respuesta. Mas lenta. Moderada-
Rápida- Moderada.
Costo Comparativo. Alto. Menor. Medio
Efecto de la Altura. Ninguno. Depende el
líquido. Ninguno.
AplicaciónAlmacenamiento en tanques y flujo
en tuberías
Producción a baches,
Secadores, exposición a bajas
temperaturas.
Alamacnamiento de gases, ductos de aire y hornos
Termómetros Bimetálicos
Todos los metales se dilatan cuando son calentados y la cantidad de dilatación depende de la temperatura y del coeficiente de dilatación de cada metal.
Ambos metales se funden en cinta bimetálica generalmente se dobla en forma helicoidal, un extremo del cual es fijo, de modo que al calentarse se produce un movimiento de rotación.
Si dos láminas de metal con coeficientes de dilatación diferentes se funden la una a la otra, ocurre una distorsión al ser calentados.
http://www.ikonet.com/es/diccionariovisual/images/esp/termometro-bimetalico-135300.jpg
Propiedades Según Norma SAMA (Scientific Apparatus Makers Association)
Rangos de medición -50 °C hasta +425 °C.
Longitudes de los vástagos. 2 ½” hasta 60”.
http://www.sapiensman.com/medicion_de_temperatura/images/dilatacion2.jpg
Termópares
El termopar es uno de los sensores más comunes y simples usados para determinar la temperatura de los procesos.
Básicamente, un termopar está constituido por dos metales diferentes tales como alambres de hierro y Constantan.
http://tienda.insumosdecontrol.com/images/cable%20para%20termocupla.jpg
Cuando se aplica calor a la unión de dos metales diferentes, se genera una fuerza electromotriz (Fem.), la cual puede ser medida en el otro extremo de estos dos metales (conductores)
“Junta de Medición” o “junta Caliente”
“junta de Referencia” o “junta Fría”
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/06/Termopar_(diagrama_de_funcionamiento)-LMB.png/250pxermopar_(diagrama_de_funcionamiento)-LMB.png
El voltaje generado por un termopar no puede medirse directamente, ya que primero debe conectarse un voltímetro al termopar
Termópares
Termópares
Tipos de termocuplas Metales
Cable de termocupla
color aislasnte.
Rango en °C
E Chromel (+)Constatan (-)
Morado.Rojo. -100~1000
J Hierro (+)Constatan (-)
Blanco.Rojo. -0~760
K Chromel (+)Alumel (-)
Amarillo.Rojo. -0~1360
R Platino 13% - Radio (+)Platino (-)
Negro.Rojo. -0~1000
S Platino 10% - Radio(+)Platino (-)
Negro.Rojo. 0~1750
T Cobre (+)Constatan (-)
Azul.Rojo. -160~400
http://www.co.all.biz/img/co/catalog/2159.jpeg
Termopar/Prop
Junta Expuesta. Junta a Tierra. Junta Aislada.
Aislación al medio.
De ningún tipo.
Aislación eléctrica de la
protección metálica.
Protector sellador.
Medio.Gases y
líquidos no corrosivos.
Fluidos en áreas con alto
ruido eléctrico.
gases y líquidos, para aplicaciones
de alta presión
Velocidad de respuesta. Rápida. Variable. Muy rápida
http://www.ingecozs.com/tpfig25.gif
Termómetros de Resistencia
El principio de operación está basado en el hecho de que la resistencia eléctrica de los metales varía directamente con la temperatura. La magnitud de este cambio frente a 1 °C de cambio en la temperatura, se conoce como el “coeficiente de resistencia de temperatura”
𝑅𝑇=𝑅𝑜+(∝𝑇 )
Material
Coeficiente de
temperatura entre 0°C y
100°C [Ohms/Ohm
s°C]
Resistividad a 0°C
[µOhms cm]
Rango útil de
temperatura.
[°C]
Platino (pt) 0,00392 9,81 -220 ~ +850
Cobre (Cu) 0,0043 1,529 -70 ~ +150
Níquel (Ni) 0,00681 5,91 -100 ~ +300
Termistores.
Los Termistores son semiconductores electrónicos con un coeficiente de resistencia temperatura de negativo de valor elevado, por lo que presentan unas variaciones rápidas y extremadamente grandes para los cambios relativamente pequeños en la temperatura.
𝑅𝑡=𝑅𝑜𝑒𝛽 ( 1𝑇𝑡
− 1𝑇 𝑜
)
http://www.ucontrol.com.ar/Articulos/divisores_de_tension/VDIV5.gif
Pirómetros de radiación.
La mayoría de las mediciones de temperatura se realizan colocando el sensor dentro de un termopozo en contacto con el medio cuya temperatura se quiere medir, pero bajo ciertas condiciones como:
Constante movimiento.
Ambiente corrosivo y abrasivo.
Temperaturas extremas. Difícil acceso..
Pirómetros de radiación.
Los pirómetros de radiación permiten medir temperatura sin contacto físico con el medio. Esto es posible debido a que todos los objetos emiten energía radiante, siendo la intensidad de esta radiación proporcional a la temperatura.
http://microrespuestas.com/wp-content/uploads/2013/04/calor1.jpg
“Entre dos cuerpos que están a diferentes temperaturas, existe una transferencia neta de energía radiante desde el cuerpo más caliente hacia el cuerpo más frío”
Medición de nivel.
Medidores de nivel de líquidos
De medida directa
Aprovechando la presión
hidrostática
Instrumentos basados en el
Desplazamiento
Aprovechando características eléctricas del
líquido
Sonda
Cinta
Plomada
Nivel de Cristal
Instrumentos de flotador
Manométrico
De Membrana
Tipo Burbujeo
Presión diferencial
Resistivo
Conductivo
Capacitivo
Ultrasónico
De Radiación
De laser
De medida directa
Sonda Cinta y Plomada
Regla graduadaLongitud mojada por el líquidoTanque AbiertoA presión atmosférica
Se emplea en tanquesde agua a presión atmosférica
Nivel de Cristal
De medida directa
Transparencia
Reflexión
Unidos al tanque generalmente mediante tres válvulas, dos de cierre de seguridad en los extremos del tubo para impedir el escape del líquido en caso de rotura del cristal y una de purga
Cristal normal aguanta máximo 101 Psi y para mayores presiones utilizar el de Armadura
De medida directaInstrumentos
de flotadorTienen una precisión de ± 0,5 %
Trabajan bien en tanques abiertos y cerrados a presión o al vacío
Instrumentos basados en la presión hidrostática.
Manométrico
El manómetro utilizado tiene un elemento de medida del tipo fuelle
Sólo sirve para fluidos limpios ya que si el líquido es corrosivo, coagula o bien tiene sólidos en suspensión, el fuelle puede destruirse
Instrumentos basados en la presión hidrostática.
De Membrana
http://www.kobold.de/es/product/interruptor-de-nivel-tipo-membrana-nmf/
La fuerza ejercida por la columna de líquido sobre el área de la membrana comprime el aire interno a una presión igual a la ejercida por la columna de líquido. El volumen del aire interno es relativamente grande, por lo cual el sistema está limitado a distancias no mayores de unos 15m debido a la compresibilidad del aire.
Tipo Burbujeo
Instrumentos basados en la presión hidrostática.
Instrumentos basados en la presión hidrostática.
Presión diferencial
Consiste en un diafragma en contacto con el líquido del tanque, que mide la presión hidrostática en un punto del fondo del tanque. En un tanque abierto esta presión es proporcional a la altura del líquido en ese punto ya su peso específico VIDEO
Instrumentos basados en el Desplazamiento
medidor de nivel de tipo
desplazamiento
consiste en un flotador parcialmente sumergido en el líquido y conectado mediante un brazo a un tubo de torsión unido rígidamente al tanque. Dentro del tubo y unido a su extremo libre se encuentra una varilla que transmite el movimiento de giro a un transmisor exterior al tanque.
Aprovechando características eléctricas del líquido
Resistivo y conductivo
Mide la conductividad o resistencia del fluido mediante sensores los cuales al fluido tener contacto con ellos marcan su resistencia o conductividad y la altura a la cual es tomada
Aprovechando características eléctricas del líquido
Capacitivo
Mide la capacidad del condensador formado por el electrodo sumergido en el líquido y las paredes del tanque. La capacidad del conjunto depende linealmente del nivel del líquido.
http://medicioni2007.blogspot.com/2007/05/sensor-capacitivo-para-la-medicion-de_18.html
http://kerchak.com/condensadores/
Aprovechando características eléctricas del líquido
Ultrasónico
se basa en la emisión de un impulso ultrasónico a una superficie reflectante y la recepción del eco del mismo en un receptor. El retardo en la captación del eco depende del nivel del tanque.
VIDEO
Aprovechando características eléctricas del líquido
De Radiación
consiste en un emisor de rayos gamma montado verticalmente en un lado del tanque y con un contador Geiger que transforma la radiación gamma recibida en una señal eléctrica de corriente continua. Como la transmisión de los rayos es inversamente proporcional a la masa del líquido en el tanque, la radiación captada por el receptor es inversamente proporcional al nivel del líquido ya que el material absorbe parte de la energía emitida.
La precisión en la medida es de ± 0,5 a ± 2 %
Aprovechando características eléctricas del líquido
De laser
Se utiliza cuando: la medida del nivel debe realizarse sin contacto con el líquido y a la mayor distancia posible por existir unas condiciones de calor extremas.
El aparato mide el tiempo que transcurre entre el impulso emitido y el impulso de retorno que es registrado en un fotodetector de alta resolución, y este tiempo es directamente proporcional a la distancia
instrumento Campo de medida
Precisión % Escala
Pres máxima (psi)
Temp Max Fluido (°F) Desventajas Ventajas
Sonda limit 0,5mm Atmosférica 140 Manual, sin olas, tanques abiertos Barato, preciso
Cristal >> >> 2175 392 Sin trasmisión Seguro, preciso
Flotador 0 - 10m ± 1-2% 5800 482 Posible atascamiento Simple, indep. Naturaleza liq.
Manométrico alt. tanque ± 1% Atmosférica 140 Tanques Abiertos, Fluidos limpios Barato
Membrana 0 - 25m ± 1% >> 140 Tanques Abiertos Barato
Burbujeo alt. tanque ± 1% 5800 392Mantenimiento,
contaminación del liquido
Barato, Versátil
P diferencia 0,3m ± 0,15 -0,5% 2175 392 Posible atascamiento Interfase Liquido
Desplazamiento 0-25m ± 0,5% 1450 338 Expuesto a corrosión Fácil limpieza, robusto
Conductivo ilimitado - 1160 392 Liquido conductos Interfases
Capacitivo 0,6m ± 1% 1160 -3625 392-752 Recubrimiento electrodo Versátil
Ultrasónico 0,3m ± 1% 5800 392 Sensible a densidadTodo tipo de
tanques y líquidos
Radar 0,3m ± 2,5mm Sensible a la constante dieléctrica
>> y líquidos con espuma
Radiación 0-2,5m ± 0,5-2% - 302 Fuente radiactiva>> y sin
contacto liquido
Laser 0-2m ± 0,5-2% - 2732 Laser>> y sin
contacto liquido
Tabl
a Re
sum
en
Conclusiones.
Existen muchas razones por las cuales en un determinado proceso se debe medir la presión y temperatura , entre estas se tienen:– Calidad del producto, la cual frecuentemente
depende de ciertas presiones que se deben mantener en un proceso.
– Por seguridad, como por ejemplo, en recipientes presurizados donde la presión no debe exceder un valor máximo dado por las especificaciones del diseño.
– En aplicaciones de medición de nivel.– En aplicaciones de medición de flujo.
• ESPECIALIZACIÓN EN AUTOMATIZACIÓN E INFORMATICA INDUSTRIAL INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL, OMAR BUSTILLOS PONTE, PUERTO LA CRUZ, NOVIEMBRE DEL 2001.
• ANTONIO CREUS SOLÉ. Doctor Ingeniero Industrial. INSTRUMENTACION INDUSTRIAL 6. a edición ) Alfaomega. Marcombo.
• TEORÍA DE CONTROL, AJUSTE DE CONTROLADORES INDUSTRIALES.
Bibliografía.
Gracias por la atención prestada.