UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA

INGENIERÍA DE PETRÓLEOS

INSTRUMENTACIÓN

Nombre:

Andrés Jinéz

Paralelo:

4TD

Docente:Ing. Raúl Baldeón

Fecha:

Miércoles 27 de mayo del 2015

QUITO-ECUADOR

Resumen

CREUS

MEDIDAS DE PRESÍÓN

Unidades y clases de presión

La presión es una fuerza por unidad de superficie y puede expresarse en unidades tales como pascal, atmosferas, bar, kilogramos por centímetros cuadrados y psi. En el sistema SI está normalizada en pascal, el pascal es1

Newton por centímetro cuadrado (1Nm2 ¿, siendo el Newton la fuerza que

aplicada a un cuerpo de masa 1kg, le comunica una aceleración de 1m/s¿2.

La presión puede medirse en valores absolutos o diferenciales. En la siguiente figura se muestra los instrumentos de presión y el campo de medida.

Clases de presiones

Presión absoluta.- Se mide con relación al cero absoluto de presión, puntos A Y A´.

Presión atmosférica.- Es la presión ejercida por la atmosfera terrestre medida mediante un barómetro, a nivel de mar. Y es aproximada a 760 mm de mercurio absolutos o 14.7 psi.

Presión relativa.- Es la determinada por un elemento que mide la diferencia entre la presión absoluta y la atmosférica. Al aumenta o disminuir la presión atmosférica cambia respectivamente la presión leída, los puntos son B y B`.

Presión diferencial.- Es la diferencia entre dos presiones, puntos C y C`.

El vacío.- Diferencia de presiones entre atmosférica existente y presión absoluta, es la presión medida por debajo de la atmosfera, puntos D, D` y D``.

Los instrumentos de presión se clasifica en cuatro grupos; mecánicos, neumáticos, electrónicos y eléctricos.

ELEMENTOS MECÁNICOS

1.- Elementos primarios de medida directa que miden la presión comparándola con la ejercida por un líquido de densidad y altura conocidas:

Barómetro cubeta

Manómetro de tubo en U Manómetro de tubo inclinado

Manómetro de toro pendular Manómetro de campana

2.- Elementos primarios elásticos que se deforman por la presión interna del fluido que contiene:

Tubo bourdon, elemento espiral, el helicoidal, el diagrama y el fuelle.

Tubo Bourdon.- es de sección elíptica que es un anillo casi completo, cerrado por un extremo. La presión aumenta en el interior del tubo, tiende a endurecerse y el movimiento es transmitido a un piñón. Su material de construcción es de acero inoxidable, aleación de cobre o aleaciones especiales como hastello y monel.

Elemento en espiral.- se forma arrollando el tubo bourdon en forma de espiral alrededor de un eje común, y helicoidal, arrollando más de una espira en forma de hélice. Son ideales para los registradores.

Diagrama.- son una o varias cápsulas circulares conectadas entre si por soldaduras, se aplica presión, cada cápsula se deforma y la suma de pequeños desplazamientos es amplificado por un juego de palancas. El material es normalmente aleación de níquel o inconel, se utiliza para pequeñas presiones.

Fuelle.- es de una sola pieza flexible axialmente, y puede dilatarse o contraerse con un desplazamiento considerable, es parecido a un diafragma.

Tienen un larga duración, se emplea en pequeñas presiones, es material empleado en fuelle es bronce fosforoso y el muelle es tratado térmicamente para mantener fija su contante fuerza por unidad de compresión.

Medidores de presión absoluta.- son un conjunto de fuelle y muelle opuesto a un fuelle sellado al vacío absoluto, la unión de dos fuelles equivale a la presión absoluta del fluido. El material de construcción a latón o acero inoxidable. Se utiliza en medida exacta y el control preciso de bajas presiones.

En la medida de presiones de fluidos corrosivos pueden emplearse elementos primarios elásticos con materiales especiales en contacto directo con el fluido. Se emplea sellos volumétricos, lira y fuelle, que contienen un líquido incompresible para la transmisión de la presión.

ELEMENTOS NEUMÁTICOS

Bloque amplificador de dos etapas

Tiene un sistema de tobera-obturador que convierte el movimiento del elemento de medición en una señal neumática para los elementos neumáticos.

La tobera-obturador tiene un tubo neumático alimentado a una presión constante Ps, con una reducción en la salida en forma de tobera, la cual puede ser obstruida por una lámina llamada obturador cuya posición depende del elemento de medida.

La válvula piloto (amplificador neumático) empleada en el amplificador de dos etapas cumple las siguientes funciones:

1.- Aumento del caudal de aire suministrado, o del caudal de escape para conseguir tiempos de repuesta interior al segundo.

2.- Amplificación de presión que suele ser de 4 a 5, en general, para obtener así la señal neumática.

En la válvula piloto con realimentación, sin escape continuo, la presión posterior P1 de la tobera actúa sobre la membrana de superficie S1 mientras que la presión de salida Po lo hace sobre la membrana S2. El conjunto móvil de las dos membranas tiene al equilibrio y cuando éste se establece se verifica la siguiente ecuación: P1 . S1=P0 . S2

La válvula piloto y el sistema de tobera-obturador tienen las siguientes desventajas:

Las variaciones en la presión del aire de alimentación influye en la señal de salida

Las vibraciones que pueden existir en el proceso influye en el juego mecánico entre obturador y el elemento de medida.

Transmisor de equilibro de movimiento

Compara el movimiento del elemento de medición asociado al obturador con un fuelle de alimentación de la presión posterior de la tobera. Hay que señalar que en este tipo de transmisores, las palancas deben ser livianas, pero bastante fuertes para que no se doblen.

Se utilizan, en la transmisión de presión y temperatura donde los elementos de medida tales como tubo bourdon, manómetros de fuelle, elementos de temperatura de bulbo y capilar son capaces de generar un movimiento amplio, sean directamente o bien a través de palancas.

Transmisor de equilibrio de fuerzas

Algunos elementos de medición de fuerzas:

Transmisor de equilibrio de momentos

ELEMENTOS ELECTROMECÁNICOS

Tiene un elemento mecánicos (tubo Bourdon, espiral, hélice, diafragma, fuelle) elásticos combinado con un transductor eléctrico que genera la señal eléctrica correspondiente.

Los elementos electromecánicos se clasifican según su principio de funcionamiento y son:

Transmisor electrónico de equilibrio de fuerzasResistivos MagnéticosCapacitivos ExtensométricosPiezoeléctricos

Transmisor electrónico de equilibrio de fuerzas

Tiene un elemento mecánicos (tubo Bourdon, espiral…) ejerce una fuerza sobre una barra rígida del transmisor.

La barra adopta una posición determinada existiéndose un transductor de desplazamiento tal como un detector de inductancia, un transformador diferencial o un fotoeléctrico.

La señal diferencial que se produce en los elementos de la célula es amplificada y excita un actuador. Este transmisor dispone de un contador óptico-mecánico acopiado al servomotor.

Estos se caracterizan por tener un movimiento muy pequeño de la barra de equilibrio, poseen de realimentación, buena elasticidad y un nivel alto de señal de salida. Su precisión es de 0.5-1%

Tiene un ajuste al cero y del alcance complicado y es sensible a vibraciones y su estabilidad en el tiempo es pobre.

Transductores resistivos

Son muy sencillos, es un elemento elástico (bourdon o cápsula) que varía la resistencia óhmica de un potenciómetro en función de la presión. El potenciómetro adopta una forma de un hilo continuo o esta enrollado a una bobina.

Existe varios potenciómetros según la resistencia: potenciómetro de grafito, de resistencia bobinada, de película metálica y plástico moldeado.

El movimiento de la presión se transmite a un brazo móvil aislado que se apoya sobre un potenciómetro.

Estos son simples y la señal de salida es potente pero son insensibles a pequeños movimientos del contacto del cursor, a vibraciones, un pobre tiempo sensible, y su presión es de orden 1-2%

Transductor magnético

Se clasifican según el principio de funcionamiento:

Transductor de inductancia variable.- el desplazamiento de un núcleo móvil dentro de una bobina aumenta la inductancia de esta en forma casi proporcional a la porción metálica del núcleo contenida dentro de la bobina. Se puede decir que son aparatos de relación inductancia.

Se alimenta se una corriente alternativa y de f.e.m. de autoinducción generada se opone a la f.e.m. de alimentación, al penetrar el núcleo móvil dentro de la bobina presenta en el circuito se va reduciendo por aumentar la f.e.m.

Sus ventajas son: tienen razonamiento en la medición, una respuesta lineal, construcción robusta y pequeños. Su precisión es ±1%

Transductores de reluctancia variable.- un imán permanente o un electroimán que crea un campo magnético dentro del cual se mueve una armadura de material magnético.

Se alimenta con una fuerza magnetomotriz constante al cambiar la posición de la armadura varia la reluctancia y flujo magnético.

Presenta alta sensibilidad a las vibraciones, una estabilidad medida en el tiempo y son sensibles a la temperatura, su precisión es de

± 0.5%

Transductores capacitivos

Es la variación de capacidad que se produce en un condensador al desplazarse una de sus placas por la aplicación de presión.

Tiene forma de diafragma la palanca fija y está entre dos palancas fijas, lo cual hay dos condensadores uno de capacidad y el otro de capacidad variable.

Son pequeños tamaños y construcción robusta, tiene un pequeño desplazamiento volumétrico y son para medida estática y dinámica. Son sensibles a la temperatura y a las aceleraciones transversales, su precisión

es ± 0.2 a ± 0.5%

Galgas extensométricas (strain gage)

Se basan en la variación de longitud y de diámetro, es decir de resistencia, que tiene lugar cuando un hilo de resistencia se encuentra sometido a una tensión mecánica por la acción de la presión. Existen tipos de galgas:

Las galga extensométricas pueden alimentarse con c.c. o c.a. Tiene una respuesta frecuencia excelente y se puede utilizar en medidas estáticas y dinámicas. No son influidas por campos magnéticos y presenta una compresión de temperatura relativamente fácil.

Con excepción de la galga de silicio difundido presenta las siguientes desventajas:

Señal de salida débil, pequeño movimiento de la galga, alta sensibilidad a vibraciones y estabilidad dudosa a lo largo de un tiempo de funcionamiento.

Transductores piezoeléctricos

Son materiales cristalinos que al deformarse físicamente por la acción de la presión, generan una señal eléctrica, los materiales son el cuarzo y el titanio de bario capaz de soportar temperaturas de 150º C en servicio continuo y de 230º C servicio intermitente.

Sus características son: pequeño tamaño y de construcción robusta, su señal de respuesta a una variación de presión lineal y son adecuadas para medidas dinámicas. Sus desventajas es: sensibles a los cambios de temperatura, experimenta al cero.

1.- Galga cementada.- formada por varios bucles de hilo muy fino que están pegados a una hoja base de cerámica, papel o plástico.

2.- Galga sin cementar.- los hilos de resistencia descansan entre un armazón fijo y otro móvil bajo una ligera tensión inicial.

ELEMENTOS ELECTRÓNICOS DE VACÍO

Se emplea para la medición de alto de vacío son muy sensibles y se clasifican en los siguientes tipos:

Mecánicos: - Fuelle, - DiafragmaMedidor de McLeodTérmico: - Termopar, - Pirani. – BimetalIonización - Filamento caliente, - Cátodo frío, - Radiación.

Transductores mecánicos de fuelle y de diafragma.

Trabajan en forma diferencial entre presión atmosférica y la del proceso. Tiene relación con la presión atmosférica y calibrada por unidades absolutas. Por ser mecánicos, dispone de presión de gas muy baja, por ser pequeños son adecuados para medir alto vacío estando en valores de 1 mmHg abs. Pueden llevar transductores eléctricos de tipo de galga extensométricas o capacitivos.

Medidor de McLeod

Es para calibración de presión de los restantes instrumentos. Se basa en comprimir una muestra de gas volumen conocido a un volumen más pequeño y a mayor presión mediante una columna de mercurio en un tubo capilar.

.

Transductores térmicos

Es el principio de proporcional entre la energía disipada desde la superficie caliente de un filamento calentado por una corriente constante y la presión del gas ambiente.

Transductores térmicos de termopar.- es un filamento en V que tiene un pequeño termopar.

Se caracterizan porque este tipo de transductor reside en su bajo coste, larga duración y confiabilidad. Tiene inconveniente de ser sensible a la composición de gas, y pose una característica no lineal.

El transductor Pirani.- utiliza un puente de Wheststone que compara las resistencias de dos filamentos tungsteno, sellado en alto vacío en un tubo y el otro en contacto con el gas medido, este transductor es la resistencia del filamento la que refleja la presión en lugar de ser la temperatura.

Son compactos y sencillos de funcionamiento, pueden estar a presión atmosférica sin peligro pero su calibración depende de la composición del gas metido y ser altamente no lineal. El rango es 2-10−3 mmHg.

Transductor bimetálico.- tienen un espiral bimetálico calentada por una fuerza de tensión estabilizada. Su intervalo de medida es de 1−10−3 mmHg.

Transductores de Ionización

Es la formación de iones que se produce en las colisiones que existen entre moléculas y electrones, la corriente iónica varía directamente con la presión.

Transductor de filamento caliente.- es un tubo electrónico en un filamento de tungsteno rodeado por una rejilla en toma de bobina, está envuelta a la placa colectora.

Los electrones se aceleran hacia la rejilla positiva, pasan a su través y, en su camino hacia la placa colectora de carga negativa.

Son muy sensibles y capaces de medir vacío extremadamente alto, su señal de salida es lineal con la presión, tiene inconvenientes de ser sensibles a la composición del gas, su intervalo de medida es de 10−3a10−11 mmHg.

Transductor de cátodo frío.- se basa en el principio de la medida de una corriente iónica producida por una descarga de alta presión.

Este instrumento no puede vaciarse de gases tan rápidamente como el filamento caliente, pero es más robusto y no presenta el problema de la combustión del filamento.