UNIDAD II ELEMENTOS DE MEDICIÓN Y SU CALIBRACION 2.1 MEDICIÓN DE PRESIÓN La presión es una fuerza por unidad de superficie y puede expresarse en unidades tales como Pascal, bar, atmosferas, kilogramos por centímetro cuadrado y psi (libras por pulgada cuadrada), en el sistema internacional (S.I.) está normalizada en Pascal.
Como el Pascal es una unidad muy pequeña, se emplea también el KiloPascal (1KPa = 10-2 bar), el MegaPascal (1 MPa = 10 bar) y el GigaPascal (1 GPa = 10,000 bar).
A continuación se indican las clases de presión que los instrumentos miden en las industrias:
La presión absoluta: se mide con relación al cero absoluto de presión (puntos A y A' de la figura). La presión atmosférica: es la presión ejercida por la atmosfera terrestre medida mediante un barómetro. A nivel de mar, esta presión es próxima a 760 mm (29.9 pulgadas) de mercurio o 14.7 psia (libras por pulgada cuadrada absoluta) y estos valores definen la presión ejercida por la atmosfera estándar. Presión relativa: es la determinada por un elemento que mide la diferencia entre la presión absoluta y la atmosférica del lugar donde se efectúa la medición (punto B de la figura). Hay que señalar que al aumentar o disminuir la presión atmosférica, disminuye o aumenta respectivamente la presión leída (puntos B´ y B´´), si bien ello es despreciable al medir presiones elevadas.
La presión diferencia: es la diferencia entre dos presiones, puntos C y C´. El vacio: es la diferencia de presiones entre la presión atmosférica existente y la presión absoluta, es decir, es la presión medida por debajo de la atmosfera (puntos D, D´ y D´´). Viene expresado en mm columna de mercurio, mm columna de agua o pulgadas de columna de agua. Las variaciones de la presión atmosférica influyen considerablemente en las lecturas del vacío.
CLASIFICACION DE LOS INSTRUMENTOS DE PRESION Los instrumentos de presión se clasifican en tres grupos: a) Mecánicos b) Neumáticos c) Electromecánicos y electrónicos
Elementos mecánicos: se dividen en
Elementos primarios de medida directa (miden la presión comparándola con la ejercida por un líquido de densidad y altura conocidas).
Elementos primarios elásticos (se deforman por la presión interna del fluido que contienen).
En este curso se mencionaran solamente los elementos primarios elásticos más empleados que son: el tubo Bourdon, el elemento en espiral, el helicoidal, el diafragma y el fuelle. El tubo Bourdon es un tubo de sección elíptica que forma un anillo casi completo, cerrado por un extremo. Al aumentar la presión en el interior del tubo, este tiende a enderezarse y el movimiento es transmitido a la aguja indicadora, por un sector dentado y un piñón. El material empleado normalmente en el tubo Bourdon es de acero inoxidable, aleación de cobre o aleaciones especiales.
El elemento en espiral se forma arrollando el tubo Bourdon en forma de espiral en un eje común y el helicoidal arrollando más de una espira en forma de hélice. Estos
elementos proporcionan un desplazamiento grande del extremo libre y por ello, son ideales para los registradores.
El diafragma consiste en una o varias cápsula circulares conectadas rígidamente entre sí por soldadura, de forma que al aplicar presión, cada cápsula se deforma y la suma de los pequeños desplazamientos es amplificada por un juego de palancas. El fuelle es parecido al diafragma compuesto, pero de una sola pieza flexible axialmente, y puede dilatarse o contraerse con un desplazamiento considerable.
Elementos
neumáticos:
como
elementos
neumáticos
consideramos
los
instrumentos transmisores neumáticos.
Los transmisores son instrumentos que captan la variable de proceso y la transmiten a distancia a un instrumento receptor indicador, registrador, controlador o una combinación de estos.
Los instrumentos neumáticos se dividen en:
Bloque amplificador de dos etapas
Transmisor de equilibrio de movimientos
Transmisor de equilibrio de fuerzas
Transmisor de equilibrio de momentos.
Elementos electromecánicos: utilizan un elemento mecánico elástico combinado con un transductor eléctrico que genera la señal eléctrica correspondiente. El elemento mecánico en un tubo Bourdon, espiral, hélice, diafragma, fuelle o una combinación de los mismos que, a través de un sistema de palancas convierte la presión en una fuerza o en un desplazamiento mecánico. Los elementos electromecánicos de presión se clasifican según el principio de funcionamiento en los siguientes tipos:
Transmisores electrónicos de equilibrio de fuerzas
Resistivos
Magnéticos
Capacitivos
Extensometricos
Piezoeléctricos.
Elementos electrónicos: los transductores electrónicos se emplean para la medida de alto vacio, son muy sensibles y se clasifican en los siguientes tipos:
Mecánicos
fuelle y
Filamento caliente Ionización
diafragma
Medidor McLeod Térmicos
Cátodo frio Radiación
Termopar Pirani Bimetal
2.2.-MEDICIÓN DE NIVEL Y DENSIDAD Los medidores de nivel de líquidos trabajan midiendo, bien directamente la altura de líquido sobre una línea de referencia, bien la presión hidrostática, bien el desplazamiento producido en un flotador por el propio líquido contenido en el tanque del proceso, o bien aprovechando características eléctricas del líquido.
Los primeros instrumentos de medida directa se dividen en: sonda, cinta y plomada, nivel de cristal e instrumentos de flotador.
Los aparatos que miden el nivel aprovechando la presión hidrostática se dividen en: Medidor manométrico Medidor de membrana Medidor de tipo burbujeo Medidor de presión diferencial de diafragma
Los instrumentos que utilizan características eléctricas se clasifican en: Medidor resistivo Medidor conductivo Medidor capacitivo Medidor ultrasónico Medidor de radiación Medidor laser.
2.3.- MEDICIÓN DE FLUJO (Movimiento de una sustancia líquida o gaseosa) La medición de flujo es uno de los aspectos más importantes en el control de procesos; de hecho, bien puede ser la variable más medida. Existen muchos métodos confiables y precisos para medir flujo algunos son aplicables solamente a líquidos, otros solamente a gases y vapores; y otros a ambos. El fluido puede ser limpio o sucio, seco o húmedo, erosivo o corrosivo. Todos estos factores afectan la medición y deben ser tomados en cuenta en el momento de seleccionar un medidor de flujo. Es necesario conocer por lo tanto, el principio de operación y características de funcionamiento de los diferentes medidores. Sin tal conocimiento, es difícil seleccionar el medidor más apropiado para una determinada aplicación.
De acuerdo al principio de operación, los medidores de flujo pueden ser agrupados de la siguiente manera:
Medidores diferenciales
Medidores de desplazamiento positivo
Medidores de área variable
Medidores volumétricos
Medidores de flujo másico
Los factores que mayormente afectan el flujo de un fluido a través de una tubería son: La velocidad La fricción del fluido en contacto con la tubería
La viscosidad La densidad (gravedad especifica) La temperatura La presión.
2.4.- MEDICIÓN DE TEMPERATURA La medida de temperatura constituye una de las mediciones más comunes y más importantes que se efectúan en los procesos industriales.
Los instrumentos de temperatura utilizan diversos fenómenos que son influidos por la temperatura y entre las cuales figuran: a) Variaciones en volumen o en estado sólido de los cuerpos (sólidos, líquidos o gases) b) Variación de resistencia de un conductor (sondas de resistencia) c) Variación de resistencia de un semiconductor (termistores) d) F.e.m. creada en la unión de dos metales (termopares) e) Intensidad de la radiación total por el cuerpo (pirómetros de radiación) f) Otros fenómenos utilizados en laboratorio (velocidad del sonido en un gas, frecuencia de resonancia de un cristal)
De este modo se emplean los instrumentos siguientes: Termómetros de vidrio, termómetros bimetálicos, elementos primarios de bulbo y capilar rellenos de líquido, gas o vapor, termopares, pirómetros de radiación, termómetros de resistencia, termómetros ultrasónicos, termómetros de cristal de cuarzo.
2.5 MEDICIÓN DE OTRAS VARIABLES. Existen otras muchas variables que son también de interés industrial y que pueden clasificarse como variables físicas y químicas. Las variables físicas son aquellas relacionadas con las causas físicas que actúan sobre un cuerpo, con su movimiento o bien con las propiedades físicas que actúan sobre un cuerpo, con su movimiento o bien con las propiedades físicas de las sustancias. A continuación se mencionan algunas otras variables:
Variables físicas:
Peso: el peso de un cuerpo es la fuerza con que es atraído por la tierra. La relación entre la masa el cuerpo, es decir, la cantidad de materia que contiene, y su peso viene dado por la expresión:
En la que: P = peso m = masa g = aceleración debida a la gravedad
Como la masa de un cuerpo es constante y la aceleración de la gravedad varía con el lugar ( es de 9.78 en el ecuador y 9.83 en los polos) y también con la altura, es obvio que el peso del cuerpo variará según el lugar de la tierra y la altura a que esté sobre el nivel del mar. Velocidad. La medición de velocidad en la industria se efectúa de dos formas: con tacómetros mecánicos y con tacómetros eléctricos.
2.6.- PROCEDIMIENTOS PARA LA CALIBRACIÓN
