clase 3 instrumentacion

7/25/2019 Clase 3 Instrumentacion

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Instrumentacin Industrial I

Profesor: Mg. Ing. Daniel Mendoza

[email protected]
mailto:[email protected]:[email protected]


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Instrumentacin Industrial I

Medicin de Presin


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La medicin continua de presin permite mantener condiciones

seguras de operacin en planta.

Manmetro Industrial


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Introduccin

Objetivos:

Identificar las diferentes unidades !ue se usan para

e"presar la medicin de presin.

#"plicar el principio de funcionamiento de diversos

sensores de presin.

$eleccionar sensores seg%n re!uerimientos de planta.


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&nidades

#n el sistema internacional de unidades: Pascal

$in embargo' usualmente en ingenier(a se usa: psi

) psi * ) lb + in,-) libra + pulgada,

/onsiderando !ue:

) libra * 0'1234 5g 6 ) pulgada * ,'2100 cm

#ntonces: ) 5g + cm,* )1.,,3 psi


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Sistema deunidades

Fuerza Masa Aceleracin

M7$ 8 5g m+s,

/9$ dina g cm+s,

I89#8I#I; libra slug pie+s,

&nidades

;celeracin de la gravedad *


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&nidades m?s utilizadas

bar

psi -libra por pulgada cuadrada

atmsfera -atmpulgadas de mercurio -ABg

pulgadas de agua -AB,O

5ilo pascal -5Pa

mil(metro de mercurio -mmBg


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Cactores de conversin

para unidades de presin

5g+cm, psi ;tm. bar ABg AB,O 5Pa

5g+cm, )'0000 )1',,30 0'= 0' ,='02 4'=120

;tm. )'033, )1'30> )'000 0',1==4

5Pa 0'0)0) 0')120 0'00


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/omparacin de

unidades de presin

)atm * >40 mmBg

)atm * ,=1 B,O

)atm * )0)'3,2 5Pa

)atm * )'033,, 5g + cm,


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EPor !uF se mide la presinG

Para dar condiciones de seguridad.

Las presiones e"cesivas pueden provocar la destruccin

de un e!uipo.

Para garantizar la ejecucin de un proceso.

Los procesos de fabricacin se ejecutan e"itosamente

bajo ciertas condiciones de presin.


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Planta de desorcin de oro

02+0>+)4 Instrumentacin Industrial I ))


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Planta de tratamiento de agua

02+0>+)4 Instrumentacin Industrial I ),


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Instrumentos para medir la presin

a) Instrumentos mecnicos1) Columnas de !"uido:

Manmetro de Presin ;bsoluta.

Manmetro de Hubo en &. Manmetro de Pozo.

Manmetro de Hubo Inclinado.

Manmetro Hipo /ampana.

#) Instrumentos $lsticos:

Hubos Kourdon.

Cuelles.

Diafragmas.


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Instrumentos para medir la presin

b) Instrumentos electromecnicos %

electrnicos

Medidores de #sfuerzo -$train 9auges Hransductores de Presin esistivos

Hransductores de Presin /apacitivos

Hransductores de Presin MagnFticos

Hransductores de Presin PiezoelFctricos


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Principales caracter(sticas de los

instrumentos para medir presin


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Manmetro para medicin de

Presin ;bsoluta

#s un tubo en & !ue tiene un e"tremo sellado 6 al vac(o 6 el otro

e"tremo abierto a la presin absoluta !ue se va a medir.


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Manmetro de tubo en &

$e utiliza para medir presin diferencial. /onsiste en un tubo

en forma de & lleno de l(!uido. #n cada una de las ramas del

tubo se aplica una presin. La diferencia de altura del l(!uido

en las dos ramas es proporcional a la diferencia de presiones.


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Manmetro de Pozo

#n este tipo de manmetro una de las columnas del tubo

en & a sido sustituida por un reservorio o pozo de grandi?metro' de forma tal !ue la presin diferencial es

indicada %nicamente por la altura del l(!uido en la rama

no eliminada del tubo &A.


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Manmetro de Hubo Inclinado

$e utiliza para mediciones de presiones

diferenciales pe!ueas. #n este tipo de

manmetro' la rama del tubo de menor

di?metro est? inclinada con el objeto de

obtener una escala ma6or' 6a !ue en este caso * L sen N.


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#cuaciones del Hubo en &


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Hubo en &

&enta'as

Kajo costo

Cuncionamiento simple 6confiable

(esventa'as

espuesta lenta

;lineamiento del tubo

8o funciona en ambientescon gravedad baja

#l l(!uido del tubo no

puede interactuar con el

fluido medido. /ontaminacin'

especialmente para bajas

presiones.

02+0>+)4 Instrumentacin Industrial I ,3


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Hubo de Kourdon

Cuncionan bajo el siguiente principio mec?nico: un tubo

enrollado' cerrado por un e"tremo' tiende a enderezarse

cuando por el otro e"tremo del tubo se le aplica un gas o

l(!uido bajo presin. $u precisin alcanza a 0'02 del span.

#l movimiento del e"tremo libre del tubo Kourdon se convierte'

por medio de engranajes 6 eslabones' en un movimiento

proporcional de una aguja o una plumilla del indicador o

registrador. #l movimiento de tubo Kourdon tambiFn puede ser

acoplado electrnicamente a un transmisor o transductor.


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Hubo de Kourdon

02+0>+)4 Instrumentacin Industrial I ,2


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Hubo de Kourdon

#l tamao' la forma 6 el material del tubo dependen del rango

de presin 6 del tipo de indicador deseados. Los tubos de

Kourdon de baja presin -asta ,000 psi se acen a menudo

de bronce fosforoso. Los tubos de alta presin se acen de

acero ino"idable o de otro material de alta resistencia.


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Hubo de Kourdon Hipo /


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Hubo de Kourdon Hipo /

1)Hubo de Kourdon

#)$oporte fijo del

tubo *)

#"tremo mvil del tubo

+)/orredera

,)Kiela

-)#ngranaje

.);guja indicadora

/)#scala calibrada


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Hubo de Kourdon Hipo BFlice

#sta configuracin

permite medirpresiones con una

ma6or precisin 6a

!ue el movimiento

de sus e"tremos

cerrados es ma6or.


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Hubo de Kourdon

&enta'as:

Portable

8o utiliza l(!uidos 8o re!uiere alineacin

$oporta un rango amplio

de presiones

(esventa'as:

8ormalmente se

encuentra limitado a

mediciones est?ticas o

casi est?ticas.

$u e"actitud podr(a ser

insuficiente para algunas

aplicaciones.

02+0>+)4 Instrumentacin Industrial I 30


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Cuelle

#s un tubo fle"ible' el cual cambia su longitud de

acuerdo a la presin aplicada. #ste cambio de

longitud es muco ma6or !ue el !ue se obtendr(a si

se utilizara un tubo Kourdon de las mismascaracter(sticas.

$e aplican en medicin de presin absoluta 6

medicin de presin diferencial.

Corman parte de instrumentos tales comotransmisores' controladores 6 registradores.


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Cuelle


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Cuelle


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Diafragma

&n medidor de presin basado en diafragma utiliza la

deformacin el?stica de un diafragma -membrana para

medir la diferencia entre una presin desconocida 6 una

presin de referencia.

&n medidor t(pico de este tipo contiene una c?psula

dividida por un diafragma' tal como se muestra. La

diferencia de presiones dobla a la membrana.


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Diafragma

La defle"in de la membrana puede ser medida de diversas

maneras:

&na aguja indicadora acoplada mec?nicamente

&na galga e"tensiomFtrica -straingauge

&n transformador diferencial lineal variable -LDH

;lg%n otro sensor de posicin o velocidad

M?s adelante se vuelve a este puntoQ


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Diafragma

Los diafragmas pueden ser met?licos o no met?licos.

#ntre los materiales com%nmente m?s utilizados se

encuentran: bronce' cobreberilio' acero ino"idable'

neopreno' siliconas 6 tefln.

$e emplean en medicin de bajas presiones 6 vac(oR 6

en mediciones de presin absoluta 6 diferencial.


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Diafragma


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Diafragma


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$istemas de sellado

$ello del diafragma:

#l sello del diafragma es una membrada fle"ible !ue

a(sla la c?mara del sensor.

#ste permite pasar los efectos de la presin a travFs de

la barrera pero no el material.

Materiales:

#lastmeros -bajas presiones ;cero ino"idable' Bastello6' Hantalum' Hitanium -alta

presin' compatibilidad !u(mica

02+0>+)4 Instrumentacin Industrial I 3+)4 Instrumentacin Industrial I 10


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$istemas de sellado

;plicaciones:

a #l fluido de proceso es corrosivo para el dispositivo de medicin.

b #l fluido es un gas o vapor con posibilidad de condensacin por

disminucin de la temperatura durante la medicin' por ejemplo:vapor de agua.

c #l fluido es un li!uido con slidos en suspensin.

d #l fluido es un li!uido pastoso.

e #l fluido tiende a cristalizarse con la variacin de la temperatura al

ser aplicado al medidor' por ejemplo: petrleo' asfalto.f #l fluido no puede depositarse sobre el dispositivo de medicin'

por ejemplo: medicamentos' alimentos.

g #l fluido es peligroso.


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Diafragma

&enta'as:

espuesta muco m?s

r?pida !ue la de los tubos

en forma de &

#"actitud asta 0.2 C.$.

Kuena linealidad cuando

la defle"in es del orden

del espesor del

diafragma.

(esventa'as:

M?s costosos !ue otros

sensores de presin.

02+0>+)4 Instrumentacin Industrial I 1,


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$alida elFctrica

/omo se coment anteriormenteQ:

#l diafragma se utiliza en conjunto con un sistema dedeteccin de movimiento' el cual puede ser:

esistivo

/apacitivo Inductivo

Otro tipo



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$ensor resistivo

#l diafragma puede acoplarse con un elemento !ue

modifi!ue su resistencia como funcin de la presin

aplicada.

PotenciomFtrico



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PotenciomFtrico

&enta'as

$imples

$eal de salida potente

Kajo costo

(esventa'as

Insensibles a pe!ueos

movimientos del contacto

del cursor Mu6 sensible a

vibraciones

8o es mu6 estable en el

tiempo



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$ensores resistivos

9alga e"tensiomFtrica -$traingauge

#ste sensor tiene strain gauges sobre la superficie del

diafragma' de tal forma !ue cual!uier cambio en presin

producir? un cambio en su resistencia.



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$ensor resistivo

02+0>+)4 Instrumentacin Industrial I 1>


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$ensor resistivo

02+0>+)4 Instrumentacin Industrial I 1=


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$ensor resistivo

$e puede demostrar !ue:

Para material met?lico se cumple: d+0* 7S -7 T ,

Para un material semiconductor tipo p:

d+0* ))


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$train gauge

&enta'as

#"celente respuesta en

frecuencia

/ompensacin sencilla detemperatura

8o son influidas por

campos magnFticos

(esventa'as

$eal de salida dFbil

;lta sensibilidad a las

vibraciones 8o es mu6 estable en el

tiempo



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$ensor capacitivo

Cunciona con el cambio en capacitancia entre un

diafragma de metal 6 una fuente de metal fija. La

capacitancia entre dos fuentes de metal cambia si la

distancia entre estas dos fuentes cambia debido a lapresin aplicada.


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$ensor capacitivo

Otra variante:

/onsta de dos membranas e"teriores 6 un fluido en

contacto con un diafragma sensor' situado entre las dosarmaduras de un condensador.

#l fluido transmite la presin soportada por las

membranas al diafragma' el cual se desplaza acia unlado o acia otro proporcionalmente a la presin

diferencial.


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$ensor capacitivo


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$ensor capacitivo

&enta'as:

Kuena respuesta en

frecuencia BistFresis baja

Kuena linealidad

#"celente estabilidad 6

repetibilidad Hamao pe!ueo 6

construccin robusta

(esventa'as:

;lta sensibilidad a la

temperatura $ensibles a las

aceleraciones

transversales'

vibraciones' ruido



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$ensor inductivo

$e basa en la variacin de la

inductancia o acoplamiento

inductivo.

Hodos re!uieren alimentacin

alterna de las bobinas 6demodulacin+filtrado parasalida D/.

Inductancia variable:

#l desplazamiento del n%cleo

mvil aumenta la inductancia

de la bobina de manera casi

proporcional.


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$ensor inductivo


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$ensor inductivo

LDH:La bobina central es energizada'

el flujo magnFtico !ue produce

afecta a las dos bobinas secundarias'

generando voltajes inducidos. Las

bobinas secundarias est?n cableadasen contraposicin serie.

$i el n%cleo est? al centro:

#l voltaje de salida es cero.

$i el n%cleo est? m?s cerca de unabobina secundaria:

#l voltaje en sus terminales ser? ma6or !ue el

correspondiente a la otra bobina.


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$ensor inductivo

&enta'as

8o producen rozamiento

en la medicin

espuesta lineal en unrango

$on pe!ueos 6 de

construccin robusta

(esventa'as

$ensible a vibraciones

espuesta din?mica

limitada por la frecuenciade alimentacin

02+0>+)4 Instrumentacin Industrial I 2=


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$ensor piezoelFctrico

#l efecto piezoelFctrico consiste en la aparicin de una

polarizacin elFctrica en un material al deformarse bajo

la accin de un esfuerzo. #s un efecto reversible.

02+0>+)4 Instrumentacin Industrial I 2+)4 Instrumentacin Industrial I 40


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#ntre los materiales piezoelFctricos naturales' los de uso

m?s frecuente son el cuarzo 6 la turmalina.

De las sintFticas' los cer?micos son los m?s utilizados.

#stos tienen una gran estabilidad tFrmica 6 f(sica'

pueden fabricarse en varias formas 6 con rangos amplios

en propiedades de interFs.

8o presentan respuesta %til en continua.

02+0>+)4 Instrumentacin Industrial I 4)


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&enta'as

;lta sensibilidad' bajo

costo

;lta rigidez mec?nica'admite deformaciones del

orden de )um

Hamao pe!ueo

Posibilidad de tenersensibilidad unidireccional

(esventa'as

Debe trabajar a frecuencias

muco menores !ue la de

resonancia mec?nica

Cuerte dependencia con la

temperatura de sus

par?metros m?s

importantes

#n Hcurie: dejan de ser

piezoelFctricos

02+0>+)4 Instrumentacin Industrial I 4,


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Cibra ptica

&na fibra ptica consiste de un tubo de vidrio mu6delgado -casi como cabello umano' el cual permite !ue

la luz viaje sin ma6or pFrdida.

#ste tiene usualmente dos capas: una

central 6 una e"terna. La central debe

tener un (ndice de refraccin ligeramente

ma6or !ue la e"terna.



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Cibra ptica



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Cibra ptica

&enta'as

/ompletamente pasivos'

ambientes e"plosivos

Inmune a interferencia #MI esiste temperaturas altas

6 ambientes ostiles

Hamao mu6 pe!ueo

(esventa'as

Dificultad en construccin

;lto costo



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$eleccin del medidor de presin

e!uerimientos de presin del sistema

#l rango debe ser ),2 de la presin normal de

trabajo

#"actitud 6 precisinHemperatura del proceso

/ompatibilidad del medidor con el fluido

9rado de proteccin

Hipo de rosca

/aracter(sticas de los


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/aracter(sticas de los

medidores de presin


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Harea para la casa

$eleccionar un sensor apropiado para las siguientesaplicaciones. Investigue 6 e"pli!ue con claridad cada uno

de los siguientes casos sobre medicin de presin:

Han!ue con agua de mar a temperatura ambiente'dimensiones del tan!ue V -di?m. * ).2 m' B * 3.>2 m

Huber(a por donde circula un l(!uido farmacFutico'

H T 32U' presin de trabajo: 2 psig

Huber(a con ?cido sulf%rico diluido' presin de trabajo:

)200 psi' 20U /


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