Instrumentación Industrial

Práctica N° 3 Práctica N° 3

““Medición de Presión”Medición de Presión”

I INTEGRANTESNTEGRANTES::

Belén Contreras Miguel Ángel Chinchayán Cano Carlos Alberto García Pacheco Diego Huallpa Ponce Janeth Rocío

P PROFESORROFESOR::

Alvarado Andrade Manuel

S SECCIÓNECCIÓN::

C15-3-BFecha de realización: 07-04-11Fecha de realización: 07-04-11

Fecha de entrega: 22-04-11Fecha de entrega: 22-04-11

2011 - 2011 - II

TECSUP Medición de Presión

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

En el presente laboratorio de instrumentación industrial se utilizarán los diferentes instrumentos usados para la medición de la presión así como las características propias de cada uno de ellos.

Los instrumentos a usar nos darán valores de presión en diferentes unidades y es necesario conocer cada una de ellas para hacer la comparación de la tabla de resultados en cada una de estas mediciones.

Los equipos a usar serán:

Manómetros en PSI, H2O, Hg, kPa, bar:

Aparato que sirve para medir la presión de fluidos contenidos en recipientes cerrados. Existen, básicamente, dos tipos: los de líquidos y los de gases.

INFORME DEL LABORATORIO N° 3

TECSUP Medición de Presión

Parte IParte I

I)I) FUNDAMENTO TEÓRICOFUNDAMENTO TEÓRICO

El control de la presión en los procesos industriales da condiciones de operación seguras. Cualquier recipiente o tubería posee cierta presión máxima de operación y de seguridad variando este, de acuerdo con el material y la construcción. Las presiones excesivas no solo pueden provocar la destrucción del equipo, si no también puede provocar la destrucción del equipo adyacente y ponen al personal en situaciones peligrosas, particularmente cuando están implícitas, fluidos inflamables o corrosivos. Para tales aplicaciones, las lecturas absolutas de gran precisión con frecuencia son tan importantes como lo es la seguridad extrema.

Por otro lado, la presión puede llegar a tener efectos directos o indirectos en el valor de las variables del proceso (como la composición de una mezcla en el proceso de destilación). En tales casos, su valor absoluto medio o controlado con precisión de gran importancia ya que afectaría la pureza de los productos poniéndolos fuera de especificación.

La presión puede definirse como una fuerza por unidad de área o superficie, en donde para la mayoría de los casos se mide directamente por su equilibrio directamente con otra fuerza, conocidas que puede ser la de una columna liquida un resorte, un embolo cargado con un peso o un diafragma cargado con un resorte o cualquier otro elemento que puede sufrir una deformación cualitativa cuando se le aplica la presión.

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II)II) PROCEDIMIENTO PROCEDIMIENTO

BAR vs PSI

Para el cálculo del valor teórico se uso la equivalencia de: PSI= 0.06895 Bar

La tabla nos muestra los valores obtenidos en la medición del manómetro de PSI a bar, de la cual podemos deducir una relación con los valores medidos y los valores teóricamente hallados. El margen de errores del manómetro es muy bajo.

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0 5 10 15 20 25 30 350

0.5

1

1.5

2

2.5

f(x) = 0.0699044117647059 x − 0.0041911764705882R² = 0.999220970019794

bar vs psi

barLinear (bar)

PSI

Bar

psi BarMedido teórico

0 0 02 0.18 0.1364 0.33 0.2726 0.44 0.48 0.57 0.54

10 0.71 0.6812 0.85 0.8214 1.01 0.9516 1.15 1.0818 1.3 1.2220 1.43 1.3622 1.57 1.4924 1.7 1.6326 1.84 0.7628 1.94 1.930 2.11 2.04

TECSUP Medición de Presión

Comentario:

-En nuestra gráfica Bar Vs Psi , notamos que la pendiente (0.0699) es muy parecida al factor de conversión teórica (0.06895), por lo cual decimos que los datos medidos tienen un bajo porcentaje de error:

Error porcentual=0.0699−0.068950.06895

∗100 %=1.37 %

Manómetro de tubo y cubeta ¨Hg¨ vs Calibrador neumático ¨H2O¨

Para hacer el cálculo del valor teórico se usa la equivalencia: ´´H2O=0.07307 ´´Hg

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Pennwalt 65-120´´H2O

´´HgMedido teórico

0 0 020 1.5 1.4640 3 2.9260 4.5 4.3880 6 5.84

100 7.4 7.3120 8.9 8.76140 10.4 10.23160 11.8 11.7180 13.3 13.15200 14.8 14.61220 16.2 16.06240 17.8 17.52260 19.1 18.98280 20.1 20.44300 22.1 21.9320 23.5 23.36340 25 24.82360 26.5 26.3380 27.9 27.8400 29.4 29.23

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Comentario:

-En nuestra gráfica “H2Ovs“Hg, notamos que la pendiente de nuestros datos medidos (0.0768) es muy parecida al factor de conversión teórica (0.07307), por lo cual decimos que los datos medidos tienen un bajo porcentaje de error:

Error porcentual=0.0768−0.073070.07307

∗100 %=5.10 %

Manómetro digital (¨Hg) vs Calibrador neumático ¨PSI¨

Para hacer el cálculo teórico se usa la equivalencia: PSI= 2.0360 ´´Hg

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0 50 100 150 200 250 300 350 400 450-5

0

5

10

15

20

25

30

35

f(x) = 0.0768116883116883 x − 1.3004329004329R² = 0.999461771328684

(“H2O) vs“Hg)

"HgLinear ("Hg)

Pulg H2O

Pulg

Hg

Pennwalt (PSI) Manómetro digital (´´Hg)Medido teórico

0 0 01 1.64 2.042 3.70 4.073 5.76 6.14 7.57 8.15 9.95 10.26 11.81 12.217 13.75 14.258 15.97 16.289 17.13 19.32

10 20 20.3611 21.9 22.412 24 24.43

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Comentario:

-En nuestra gráfica “Hg vs psi, notamos que la pendiente de nuestros datos medidos (2.1008) es muy parecida al factor de conversión teórica (2.0360) por lo cual decimos que los datos medidos tienen un bajo porcentaje de error:

Error porcentual=2.1008−2.03602.0360

∗100%=3.18 %

H2O vs KPa

´´H2O kPa0 0

20 740 1160 1880 23

100 27120 31140 37160 41180 46200 51

La equivalencia de la tabla es: ´´Hg = 0.24886kPa

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0 50 100 150 200 250 300 3500

102030405060708090

f(x) = 0.246386946386946 x + 1.01282051282051R² = 0.999521970566747

KPa vs “H2O

KPa

Pulg H2O

kPa

0 5 10 15 20 25 30-10

0

10

20

30

40

50

60

f(x) = 2.10082417582418 x − 0.0868131868131918R² = 0.999532561524558

“Hg vs psi

"HgLinear ("Hg)

PSI

Pulg

Hg

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Comentario:

-En nuestra gráfica KPa vs “H2O, notamos que la pendiente de nuestros datos medidos (0.2464) es muy parecida al factor de conversión teórica (0.2488) por lo cual decimos que los datos medidos tienen un bajísimo porcentaje de error:

Error porcentual=0.2464−0.24880.2488

∗100 %=0.96 %

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III)III)Observaciones:Observaciones:

- Utilizamos marcas conocidas al medir la presión como : Psi : WekslerBar: Dwyer‘’H 2O : Pennwalt 65-120(calibrador neumático)’Hg: Dwyer(Manómetro de cubo)Psi : Pennwalt 65-120 ‘’Hg: Dwyer(Manómetro digital)‘’H 2O: Omega (Manómetro digital)KPa: Wika

- Al momento de usar el tubo con cubeta se noto que al tratar de llegar a un valor preciso de medición siempre había una variación en el nivel de fluido medido, por lo cual había que espera a que se deje de variar.

IV)IV) Conclusiones:Conclusiones:

- La medición más precisa que se pudo obtener en la medición de la presión fue la hecha con el medidor Wika y el manómetro digital Omega para la última tabla.

- En el desarrollo del laboratorio se logró conocer el funcionamiento del manómetro analógico, manómetro digital y cuáles eran sus características propias de cada uno de ellos.

- Los márgenes de error en las mediciones no solo son causados por los instrumentos sino también por la precisión del observador al momento de medir.

- Se pueden utilizar diferentes unidades de medida de presión y cada una nos da una cierta información, por lo cual el usuario debe de escoger cual es la unidad con la que quiere trabajar para que se le facilite el trabajo.

V) Recomendaciones:Recomendaciones:

- Cuando se utiliza el banco de calibración subir la presión suavemente con la perilla para que su medición se mas precisa.

- Cuando se usa el tubo con cubeta no darle demasiada presión por que el mercurio puede pasar el nivel máximo de tubo.

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Parte IIParte II

I. FUNDAMENTO TEÓRICO

A. transductores de presión

Los transductores de presión son sensores que transforman la presión de un medio en señal eléctrica para su posterior análisis. La medición de la presión puede realizarse empleando diversos principios físicos, algunos de ellos son:

- Bombardeo molecular sobre lámina muy fina. - Chips sensores de presión. - Acelerómetros de tecnología integrada. - Tecnología integrada piezoresistiva.

Los más utilizados en esta área son los basados en tecnología integrada piezoresistiva. Se realizan con galgas extensiométricas (Strain Gages) midiendo presión diferencial.

B. Transductores de presión diferencial.

Los transductores de presión diferencial son utilizados para convertir la presión diferencial obtenida en el neumotacógrafo en señales eléctricas. Estos dispositivos tienen una cavidad hueca separada por una membrana

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II. OBJETIVOS

Medir la salida de distintos transductores de presión: I, V, Mv Dibujar la función de transferencia de los transductores utilizados. Determinar una relación entre la entre la salida y la entrada del transductor

III. PROCEDIMIENTO

Primer transductor a usar:

- Tipo PX 605 con alimentación de 24 VDC- Conectar un miliamperímetro y una resistencia e ingresar los valores de presión

para poder variar salida de 4 a 20 mA

PI(psi) 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30

IO(mA) 4.03 5.46 7.13 8.73 10.28 11.89 13.5 15.1 16.3 18.2 19.3

Tabla de valores hallados

TRANSDUCTOR PX605 , MARCA OMEGA:

ESPECIFICACIONES TÈCNICAS:Excitación: 10 a 30 Vcc no reglamentadaSalida: 4 a 20 mA (2 hilos)Corriente de alimentación: 20 mAResistencia de aislamiento: 100 M ½ a 50 VPrecisión: ± 0,4% BFSL (incluye la no linealidad, histéresis y los errores no repetición)± 1,0% de Terminal Punto de método incluye la no linealidad, histéresis, no repetición, la compensación cero y ajuste de la sensibilidad erroresHistéresis: ± 0,2%Repetibilidad: ± 0,05%Estabilidad: ± 1.0% / añoDurabilidad: 100 millones de ciclosTemperatura de funcionamiento: -48 a 90 ° C (-55 a 195 ° F)Con compensación de temperatura: -29 a 82 ° C (-20 a 180 ° F)

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Efecto térmico cero: ± 0.07% FS / ° CEfecto térmico Span: ± 0.07% FS / ° C

Grafica Io Vs Pi:

0 5 10 15 20 25 30 350

5

10

15

20

25

f(x) = 0.517515151515152 x + 4.04818181818182R² = 0.999186845810267

IO(mA) VS Pi(mA)

IO(mA)Linear (IO(mA))

Segundo transductor a usar:

-Tipo PX 242 con una alimentación de 8 VDC

Colocar el voltímetro en los terminales de dicho transductor para ver aumentar la presión de entrada desde 0 a 15 psi para variar su salida de 1 a 6 V.

Tabla de valores hallados

PI(psi) 0 1.5 3 4.5 6 7.5 9 10.5 12 13.5 15

VO(V) 1.05 1.52 2 2.46 3 3.42 3.91 4.4 4.87 5.35 5.82

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TRANSDUCTOR PX242 MARCA OMEGA

ESPECIFICACIONES TÈCNICAS Excitación: 8 VDC regulados, 7 a 16 Vcc

Salida: 1 a 6 VDC @ 8 Ω Vcc en 800 minutosLinealidad: ± 0,25% de la linealidad y la histéresis combinadoRepetibilidad: ± 0,1%Balance Cero: 1.0 Vcc ± 0,05; 3,5 Vcc ± 0,05 para PX243Compensado Temperatura: -27 a 63 ° C (-17 a 145 ° F)Operable Sobrepresión: 2x FSTiempo de respuesta: 1 msGage Tipo: de estado sólido piezorresistivoMaterial del cuerpo: acero inoxidableMaterial de la membrana: 2.5 mm (0.10 ") de chips cuadrados sensor de silicio con Buna-N O-ringCompatibilidad de medios: Limitado a los medios de comunicación no cáusticos que no dañarán el acero inoxidable, silicona, vidrio borosilicato o sello de Buna-NPresión del puerto: 1/8-27 NPT

Grafica Vo Vs Pi

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0 2 4 6 8 10 12 14 160

1

2

3

4

5

6

7

f(x) = 0.318606060606061 x + 1.04681818181818R² = 0.999897571826355

VO(V) VS P1(psi)

VO(V)Linear (VO(V))

Tercer transductor a usar:

- tipo PX 236con una alimentación de 10 VDC - colocar el voltímetro en los terminales de dicho transductor para ver aumentar la

presión de entrada desde 0 a 30 psi para variar su salida de 1 a 80mV

Tabla de valores:

PI(psi) 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30

VO(mV) 0.1 8.2 16.1 24 32 40 48 55.9 64 71.9 80

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TRANSDUCTOR PX236, MARCA OMEGA

ESPECIFICACIONES TÈCNICAS:

Excitación: 10 Vcc, 16 V máx. @ 2 mA Salida: Ver Rangos Impedancia de entrada: 6.8 k Ω Linealidad: ± 1.5% FS BFSL (± 0,5% FS BFSL 100 mV de salida) Histéresis y repetibilidad: ± 0,25% de la escala completa Balance Cero: ± 2 mV Rango de temperatura de funcionamiento: -30 A 70 ° C (-22 a 158 ° F) Gama de temperatura compensada: 0 a 50 ° C (32 a 122 ° F) Span Efecto térmico: ± 1,5% de escala completa Cero Efecto térmico: 0.04mV / ° C tip., 0,08 mV / ° C máx. Operable sobrepresión: 1,5 x a gran escala Tiempo de respuesta: 1 ms Tipo Gage: piezoeléctrico de estado sólido, resistente Material de montaje: Acero inoxidable Material de la membrana: 2.5mm2 (0,10 pulg2) Chip de silicio del sensor, 0.055 pulg3 de volumen

Presión del puerto: 14

-18 NPT

Conexión eléctrica: 450 mm (18 "), # 28 AWG 4 Conductor Peso: 56 g (2 oz) Compatibilidad de medios: Limitado sólo a los medios de comunicación que No ataque de poliéster, de silicio borosilicato vidrio, o el adhesivo epoxy.

Grafica Vo Vs Pi

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0 5 10 15 20 25 30 350

10

20

30

40

50

60

70

80

90

f(x) = 2.66 x + 0.118181818181817R² = 0.999995379841887

VO(mV) Vs Pi(psi)

VO(mV)Linear (VO(mV))

Observaciones:- Cuando se hace la medida de tención el voltímetro debe de tener la configuración

de tención DC porque en caso contrario l valor de resultado no será el correcto.- Detectamos una falla en el transductor pX605 ya que no calculaba bien, pero

luego supimos como arreglar el problema.- Tuvimos que efectuar el trabajo con un voltaje de 12 voltios.

Conclusiones:

Se verificó la respuesta de los diferentes transmisores conforme se varió la presión, y se pudo identificar un comportamiento lineal, con un pequeño error.

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Se pudo aplicar conocimientos previamente tomados sobre conexión de transmisores y se utilizó para la medida de estos, un multímetro en todos los casos, siendo utilizado en ocasiones como voltímetro y en otras como amperímetro.

Los errores se encuentran presentes en todos los instrumentos, y este se debe tomar en cuenta a la hora de hacer un diseño.

Los manómetros en general deberán contar con la banda reflejante que contrarresta el fenómeno de paralaje.

Aplicaciones:- Con este tipo de transductores se puede tomar la presión dentro de una caldera- También pueden ser utilizados para supervisar la presión dentro de tuberías

usadas para el transporte de fluidos.- En el campo de la medicina se pueden utilizar para controlar la presión dentro de

cámaras hiperbáricas.- En la aeronáutica se utilizan en las cabinas presurizadas de los aviones.- En plantas licuefactivas de gas donde se requiere trabajar con grandes presiones

y controlarlas.- En embotelladoras, para los procesos de fabricado de botellas por insuflación,

donde se requiere trabajar con presiones determinadas.- En el control de mecanismos neumáticos que se tengan en cualquier rama de la

producción.

Aplicación:

Para la aplicación del problema planteado, elegimos :

TRANSDUCTOR PX482A – 100GI

MARCA: OMEGA

ESPECIFICACIONES

Excitación: 11 a 30 V Salida: 4 a 20 mA CC (2 hilos) Max. Resistencia del circuito: 50 x (tensión de alimentación -11) ohmios Precisión: 0,3% máximo BFSL (incluye linealidad, histéresis y repetibilidad) Total de errores de la banda: 1% FS (incluye efectos de la temperatura dentro del rango de compensación de temperatura) Temperatura de funcionamiento: -40 a 80 ° C (-40 a 176 ° F) Con compensación de temperatura: -25 a 75 ° C (-13 a 167 ° F)

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Temperatura de proceso: -40 a 100 ° C (-40 a 212 ° F) 1 año de Estabilidad: <0,25% FS Presión de prueba: FS 2x Presión de la explosión: FS 3x Piezas mojadas: Acero inoxidable 316L Vibración: 10 g, 55 a 2000 Hz

Choque: 30 g Conexión de proceso: 1 / 8 NPT Tiempo de respuesta: 1 ms

Recomendaciones:Antes de aumentar la presión, asegurarse que las mangueras de conexión no tengan fugas de aire para que el valor final sea el correcto.

Bibliografía:

-www.omega.com. Visitado el 31 de abril del 2011

www.siemens.com . Visitado el 26 de abril del 2011

Libro de instrumentación industrial/autor Antonio Creus Sole/pág. 68-78.

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