3. OBJETIVO
• El principal objetivo de esta
presentación
es
reafirmar
los
conocimientos de Instrumentación ,
además de tener información valiosa
que puede servir de consulta en un
futuro.
4. INTRODUCCIÓN GENERAL
• En esta presentación se expone un
resumen de las de las cuatro principales
variables, Presión, Temperatura, Flujo y
Nivel.
• La organización de la estructura del trabajo
se compone principalmente de 3 puntos:
1) Para cada variable habrá un temario.
2) Para cada variable previamente
habrá una introducción sobre la misma.
3) Para cada variable habrá una
conclusión .
7. INTRODUCCIÓN
• En esta sección de la variable
presión se estructuró de la siguiente
manera en una forma general:
-Definición de presión.
-Instrumentos para la medición de
presión.
a) Elementos elásticos.
b) Celdas de presión diferencial.
c) Elementos de deformación.
d) Electrónicos.
- Conclusión.
8. INTRODUCCIÓN
• DEFINICIÓN DE PRESIÓN:
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 conocida 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.
10. MEDIDOR DE TUBO DE BOURDON
INTRODUCCIÓN
•
Desarrollado por Eugene Bourdon
en 18491.
•
Este dispositivo consiste en un
tubo metálico doblado en forma
de C, de sección transversal no
circular que se ciega por un
extremo por lo que al aplicarle un
fluido con una determinada
presión por el extremo abierto el
tubo tiende a estirarse.
•
Normalmente el desplazamiento
no es lineal en todo el rango de
operación, pero si lo suele ser en
pequeños márgenes.
Se construye con diferentes
metales y aleaciones, de acuerdo
al rango de presiones que vaya a
medir, siendo los materiales más
usados el latón, el bronce y el
acero inoxidable.
Se puede utilizar para medir
presiones en rangos
comprendidos desde cero hasta
10.000 psig, según el material.
11. ¿QUÉ ES EL TUBO DE BOURDON?
• Es un tubo de sección transversal 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.
• Los sensores de presión de tubo de
Bourdon son elementos primarios para
medición de presión mas extensamente
usados en la industria.
• El tubo se dobla de modo que adquiere la
forma de “C” o arco.
12. TUBO DE BOURDON
•
Cuando se aplica una
presión en a la terminal
abierta, el tubo tiende a
enderezarse con el
aumento de presión y al
hacerlo así, su extremo
libre se mueve lo
suficiente para actuar un
sector y un piñón
dentados, los cuales
tiene objeto amplificar el
movimiento del tubo de
Bourdon.
13. MATERIALES PARA FABRICAR
TUBO DE BOURDON
• Estos materiales son muy variados,
dependiendo del servicio que se vayan a
aplicar.
• Los materiales son: bronce fosforado, cobre
aleado con berilio, acero inoxidable y acero
de aleación.
• Para presiones bajas: bronce fosforado.
• Y para presiones hasta 7000kg/cm2, se usa
acero de aleación.
• Para medir presiones de fluidos corrosivos,
se recomiendan los tubos de Bourdon de
acero inoxidable
14. EL TUBO DE BOURDON SE UTILIZA
EN LOS SIGUIENTES CASOS
• Cuando el máximo de la Gama requerida
exceda 1.76 kg/cm2 (25 lb/plg2) para
presión combinada de presión y vació.
• Para medición continua de presiones que
excedan 3515 Kg./cm2 (50000 lb./plg2).
• Para medición directa de las presiones,
especialmente, cuando ocurren variaciones
súbitas de la presión que pudieran
ocasionar la ruptura de fuelles o de
diafragmas.
15. MEDIDOR DE ESPIRAL
INTRODUCCIÓN:
El elemento en espiral es semejante a una
bobina plana y el hélice esta enrollado
verticalmente en forma parecida aun
resorte.
Ambas formas de tubo producen un mayor
movimiento por unidad de presión aplicada .
16. MEDIDOR DE ESPIRAL
•
Elementos del Tubo de Burdon; a) Tipo C; b) En espiral;
c); Helicoidal d) Área de la sección transversal.
•
El elemento en espiral es muy parecido en su forma al
tubo de Buordon en C, consta de varias vueltas enrolladas
en espiral y cuando se somete a presión tiende a
desenrollarse.
17. PRINCIPIO DE OPERACIÓN
• Puede utilizarse para medir presiones
manométricas y de vacío.
El elemento en espiral esta restringido a la
medida de presiones intermedias hasta 300 psig
aproximadamente.
A presiones muy altas presenta el inconveniente
de que sus paredes tratan de juntarse.
• Se utiliza para presiones que varían de 0-1.25
Kg./Cm2, o de 0-28 Kg./cm2.
Puede utilizarse para medir presiones
manométricas y de vacío.
18. MEDIDOR HELICOIDAL
• En un elemento primario para medición de
presión de tipo helicoidal, el movimiento de
su extremo libre es aún mayor que en el
elemento de espiral, su diseño permite que
tenga una alta protección por sobre-rango,
esto significa por ejemplo que un elemento
de este tipo con rango de 0 a 70 Kg/cm2
puede exponerse a una presión de 700
Kg/cm2 sin que sufra daño, también es ideal
para aplicarse en presiones pulsantes.
• En este tipo de elemento el numero de
vueltas necesarias para formar el sensor
helicoidal depende del rango de presión a
medir.
19. CÁPSULA DE DIAFRAGMA
•
•
•
•
INTRODUCCIÓN:
Las cápsulas de diafragma se han utilizado
tradicionalmente en medidores para presiones más
o menos bajas y mediciones de vacío, sin embargo
sus aplicaciones van más allá de eso,
principalmente, en dispositivos como transductores,
transmisores, relevadores y conmutadores, entre
otros.
Se acostumbra usar cápsulas de diafragma en
medidores de presión diferencial, transmisores
neumáticos de presión y transmisores eléctricos de
presión en los que la presión estática puede ser
muy superior a la fuerza de ruptura del material.
Estas cápsulas de diafragma se construyen en
forma de disco y con mucha frecuencia tienen
superficies corrugadas para incrementar el área de
superficie y la capacidad de deflexión de ésta.
20. TIPOS DE DIAFRAGMA
•
La ecuación que rige la deflexión del diafragma es: d = K N (P2-P1) t-1.5 D4
Donde; d: es la deflexión del centro de la cápsula.
K: es la constante de la cápsula, por lo regular 1.5 a 2.5x10-6
N: es el número de cápsulas.
P2: es la presión aplicada.
P1: es la presión de referencia o bien inicial.
D: el diámetro activo.
t: el espesor de la cubierta.
22. TIPOS DE MATERIAL
• Las cápsulas de diafragma se
pueden fabricar de diversos
materiales, pudiendo ser
metálicas o no metálicas.
• Los diafragmas metálicos son
principalmente de cobre-berilio y
de bronce fosforado y son
además ampliamente usados en
la industria.
23. CONCLUSIÓN
• La cápsula de diafragma es
probablemente el mejor ejemplo
de unidad de medición de
presión con un verdadero
equilibrio de fuerzas ya que su
flexibilidad y su excelente
respuesta casi lineal lo hacen
muy aplicable en todo tipo de
instrumentos
principalmente
industriales.
24. MEDIDOR DE FUELLE
• ANTECEDENTERS TEORICOS:
Siempre que se habla de la medición
de presión, en realidad que se realiza
es una medición de la diferencia
entre dos presiones. Existen
diferentes tipos de medidas de
presión, como la absoluta,
manométrica, diferencial, y de vació.
25. FUELLE
• Los fuelles se realizan a partir de
tubos de paredes finas formando
convoluciones en donde uno de los
extremos está cerrado; el fuelle se
desplaza axialmente cuando se le
aplica una presión en su entrada. Los
fuelles se utilizan para rangos de
presiones bajas, ya que su
deformación es mayor comparado
con los diafragmas y cápsulas.
26. FUNCIONAMIENTO
• Este elemento se desplaza
linealmente en forma axial cuando se
le aplica la presión se utiliza para
medir presiones manométricas bajas,
no mayores de unos 30 psig, y
también presiones de vacío cuando
se utiliza en conjunto con otro
elemento el cual esta sellado
herméticamente e internamente está
a 0 psi.
28. RANGO DE MEDIDAS
• Los medidores de fuelle se utilizan
para mediciones de presión de rango
de 0-5 plg. de columna de agua
hasta 0 a 56 kg/cm2
• Se puede construir de latón, bronce o
acero inoxidable.
29. CELDAS DE PRESIÓN
DIFERENCIAL
•
INTRODUCCIÓN:
• Los dispositivos para medición de presión
diferencial, por su versatilidad son muy usados
para su aplicación en la industria. Es el
dispositivo
usado
tradicionalmente
en
instrumentos neumáticos.
• En los últimos años se ha desarrollado una
tendencia hacia la utilización de transmisores
electrónicos, debido esto, a su gran exactitud,
respuesta rápida y bajo consumo de energía.
Además de que la electrónica ha hecho
posibles grandes avances al desarrollar los
circuitos integrados, los circuitos impresos y las
tarjetas intercambiables, lo cual hace posible
que los dispositivos electrónicos sean mas
confiables y de fácil mantenimiento.
30. DEFINICIONES
• Una celda es un dispositivo para
almacenamiento de energía.
• Las celdas de presión diferencial son
diafragmas metálicos en medidores
de presión diferencial, transmisores
neumáticos
de
presión
y
transmisores eléctricos de presión.
• El fluido bajo presión está en
contacto con una de las caras del
diafragma, curvándola en forma
proporcional a la presión que se
ejerce.
31. DESCRIPCIÓN
•
•
•
El diafragma consiste en una o varias cápsulas circulares
conectadas rígidamente entre sí por soldaduras, de forma
que al aplicar presión, cada cápsula se deforma y la suma
de los pequeños desplazamientos es amplificada. El
sistema se proyecta de tal modo que, al aplicar presión, el
movimiento se aproxima a una relación lineal en un
intervalo de medida lo más amplio posible, con un mínimo
de histéresis y de desviación permanente en el cero del
instrumento.
Se construyen en forma de disco y con superficies
corrugadas.
La deflexión depende de:
–
–
–
–
–
–
–
Tipo del material
Espesor
Diámetro del disco
De la forma del corrugado
Cantidad de costillas
Módulo de elasticidad del metal
La presión aplicada.
32. DESVENTAJAS
• La principal desventaja en el diseño
de elementos de presión de
diafragma corrugado es que la
relación presión-deflexión se debe
determinar de un modo empírico
para cada tipo de material y para el
número, la clase y el tamaño de
convolución.
33. ELEMENTO TIPO PIEZOELECTRICO
• La palabra piezoeléctrico se deriva
del griego que significa estrechar,
apretar u oprimir.
• Similar en principio al sensor de tipo
deformación.
• Utiliza un cristal para detectar los esfuerzos
• Un sensor es un dispositivo que esta en
contacto directo con la variable a medir
recibe un estímulo.
• Esto es independiente de si el sensor
requiere excitación o no para generar una
respuesta de acuerdo alo sensado.
•
Ejemplos: Sensor piezoeléctrico, galga
extensiométrico.
34. MATERIAL PIEZOELECTRICO
• Cuarzo
• Material piro eléctrico
(capacidad de carga
energética).
• Turmalina
• Propiedades mejoradas
(materiales cerámicos, ferro
eléctricos, policristalinos).
BaTio3, Zincronato titanato
de plomo (PZT)
35. CARACTERISTICAS
•
•
•
Al aplicar presión al
cristal se establecen
cargas eléctricas (efecto
piezoeléctrico)
Al aplicar un campo
eléctrico sufre una
deformación (efecto
piezo inverso).
Pueden ser utilizados
para convertir energía
eléctrica en mecánica y
viceversa.
36. APLICACIONES
•
•
•
•
•
La primera aplicación
comercial fue en
detectores
ultrasónicos para
submarinos
Los encontramos en la
vida diaria
Estufas de gas
Encendedores
Relojes (aplica voltaje
alterno se mueve ala
frecuencia del mismo)
38. SENSORES STRAIN GAGE
•
•
•
•
INTRODUCCIÓN:
La deformación de un objeto se puede medir por
medios
mecánicos,
ópticos,
acústicos,
neumáticos, y eléctricos.
Las primeras galgas de tensión eran los
dispositivos mecánicos que midieron la tensión
midiendo el cambio en longitud y comparándolo
a la longitud original del objeto. En general, los
dispositivos mecánicos tienden a proporcionar
resoluciones bajas, y son abultados y difíciles de
utilizar.
Los sensores ópticos son sensibles y exactos,
pero son delicados y no muy populares en usos
industriales. Utilizan las franjas de interferencia
producidas por los planos ópticos para medir la
tensión. Los sensores ópticos funcionan lo más
mejor posible bajo condiciones del laboratorio.
39. CARACTERISTICAS
•
•
La característica lo más extensamente posible
usada que varía en proporción con la tensión es
resistencia eléctrica. Aunque se han construido
la capacitancia y las galgas de tensión
inductancia-basadas, la sensibilidad de estos
dispositivos a la vibración, a sus requisitos del
montaje, y a la complejidad de circuito ha
limitado su uso.
La galga fotoeléctrica utiliza un rayo de luz, dos
rejillas finas, y un detector de la fotocélula para
generar una corriente eléctrica que sea
proporcional a la tensión. La longitud de la galga
de estos dispositivos puede ser tan corta como
1/16 pulgada, pero son costosos y delicados.
40. DEFORMACIÓN
• La deformación se determina como los
cambios en la longitud del cuerpo, la
cual dividida entre la longitud original
dará una medida de la deformación
promedio.
• Los sensores de deformación miden los
cambios en sus propiedades físicas,
como lo son el cambio de la resistencia
eléctrica ocasionada por la deformación
a la que el cuerpo se somete.
• De los diversos tipos de sensores
existentes
en
el
mercado,
los
electrónicos son los mas exactos y
tienen una velocidad de respuesta
mayor, aunque tienden a ser mas caros.
41. OPERACIÓN
• Un sensor electrónico de deformación
consiste en un sistema de alambre
embobinado
sobre
un
diafragma
detector de presión. Estos alambres
están unidos al diafragma, de modo que
si el diafragma se mueve, los alambres
se estiran y producen un incremento en
su resistencia eléctrica. Este cambio de
resistencia se utiliza para producir una
señal eléctrica la cual es directamente
proporcional a la presión.
42. PUENTE DE WHEATSTONE
•
•
Cualquier variación en
la presión que mueva
el diafragma del
transductor cambia la
resistencia de la galga
y desequilibra el
puente.
El rango de medida de
estos transductores
es de 0-0.6 a 0-10,000
bar, y su precisión es
de +- 0.5%.
43. CONCLUSIONES
• Es importante conocer los diferentes
instrumentos que poseen elementos
primarios de medición muy variados
entre sí, ya que se pueden utilizar
para diferentes aplicaciones en la
industria, cabe mencionar que
algunos son más económicos que
otros pero tienen mejor rango de
operación, sin embargo todos los
elementos tienen sus ventajas y sus
desventajas
y
es
importante
considerarlas a la ahora de hacer
una aplicación.
46. INTRODUCCIÓN
• Existen dos parámetros
fundamentales en el estudio de los
fenómenos térmicos, los cuales son
los siguientes:
-La temperatura
-El calor
La definición precisa de estos
parámetros presenta serias
dificultades por lo cual nos
limitaremos a mencionar algunas
convenciones de las mismas.
47. INTRODUCCIÓN
• CONVENCIÓN DE TEMPERATURA:
De acuerdo con la convención de Celsius,
el concepto de TEMPERATURA esta
relacionado con la sensación de calor o
frío, lo cual da una idea de comparación.
Sin embargo para cuantificarla se recurre a
algunas propiedades de la materia, tales
como: longitud, volumen, resistencia
eléctrica, etc. Cuando la temperatura
aumenta en el sentido fisiológico del
termino el volumen de los cuerpos
materiales aumenta ligeramente, es decir
se puede medir la variación de temperatura
con la variación de volumen.
48. TERMOMETROS DE VIDRIO
• INTRODUCCION:
• ¿Qué es un Termómetro?.
• Un termómetro es un instrumento
que mide la temperatura de un
sistema en forma cuantitativa.
• Una forma fácil de hacerlo es
encontrando una sustancia que
tenga una propiedad que cambie de
manera regular con la temperatura
t(x)=ax+b.
50. TERMOMETROS DE MERCURIO
• El termómetro más utilizado es el de
mercurio, esta formado por:
• un capilar de vidrio de diámetro
uniforme comunicado por un extremo
con una ampolla llena de mercurio.
• El conjunto está sellado para
mantener un vacío parcial en el
capilar.
• el mercurio es líquido dentro del
rango de temperaturas de -38,9° C a
356,7° C
51. TERMOMETROS DE MERCURIO
• Como un líquido, el mercurio se expande
cuando se calienta, esta expansión es
lineal y puede ser calibrada con exactitud.
Cuando la temperatura aumenta, el mercurio
se dilata y asciende por el capilar.
52. TERMOMETROS DE MERCURIO
• La temperatura se puede leer en una escala situada
junto al capilar. El termómetro de mercurio es muy
utilizado para medir temperaturas ordinarias; también
se emplean otros líquidos como alcohol o éter.
El mayor defecto de los termómetros de Hg. es
cuando se enfría el bulbo de haber sido calentado, se
requiere mucho tiempo para regresar a su punto
original.
Si se calienta ha 100 ºC o mas y se enfría
rápidamente, el mercurio llega mas abajo del punto
cero que antes del calentamiento y tardara semanas
para llegar a su punto original
53. TERMOMETROS DE ALCOHOL
• Estos dispositivos operan bajo el
mismo principio que los termómetros
de Mercurio
• su coeficiente de dilatación es casi
constante; la variación del volumen
por cada grado de aumento o
descenso de temperatura es la
misma.
• El alcohol es utilizado debido a su bajo
punto de congelación, mide
temperaturas inferiores al punto de
congelación del mercurio, -40 °C,
55. TERMÓMETROS DE LO-TOX
• Calidad y la legibilidad hacen de éstos un
substituto ideal para los termómetros de
mercurio. Tienen un anillo de plástico igual
al de los termómetros de mercurio el cual
evita que ruede y además puede ser usado
para que el termómetro pueda colgarse o
ser suspendido.
56. EL TERMÓMETRO BREAKSAFE
• El termómetro “Breaksafe” cuenta con una
cubierta de seguridad a base de PVC,
mucho más económico que la cubierta de
teflón. Este termómetro “ Breaksafe” se
encapsula con PVC para que al romperse
en su uso no cause ningún accidente.
57. APLICACIONES
• Los termómetros de forma V para
máquinas son apropiados para la
medición directa de la temperatura
en el sitio de un medio líquido.Incluye
las áreas de aplicación:
• Aire acondicionado y refrigeración
• Sistemas de calefacción y hornos
Planta de Ingeniería y equipamientos
• Manufacturación de máquinas
Estaciones de poder para calefacción
distritales.
59. SENSORES TIPO BIMETALICO
• El
elemento
primario
está
conformado por la unión de dos
metales diferentes y por consiguiente
cada uno tiene un coeficiente de
dilatación por efectos de temperatura
diferente de tal manera que las
diferencias en uno son compensados
en el otro; la unión de éstos dos
materiales puede ser en toda su
longitud o solamente por uno de sus
extremos.
60. PRINCIPIO DE OPERACIÓN
• Cuando la unión se hace en toda su
longitud el elemento así conformado se
enrosca en forma de resorte, uno de sus
extremos va soldado a la cubierta que lo
protege y el otro va unido por medio de un
eslabón a una pluma o puntero que se
energiza sobre una escala. Se conforman
así los instrumentos indicadores. Cuando el
bimetálico se calienta tiende a
desenrollarse transmitiendo este
movimiento por medio del eslabón a la
pluma o puntero, éstos medidores son de
una velocidad de respuesta rápida, de muy
buena precisión y de muy bajo costo.
61. TERMOMETRO BIMETALICO
•
Cuando la unión de los
dos metales se realiza
solamente por uno de
sus extremos, en los
extremos libres se
colocan unos topes
que impiden una
dilatación lineal para
que cuando el
bimetalico se caliente
su deformación sea en
forma de curva o de
arco.
62. LOS MATERIALES QUE SE
UTILIZAN SON
•
•
•
•
INVAR: que es una aleación
de níquel y hierro, como la
tira baja expansión
EL LATON: que es una
aleación de níquel con cromo,
como la tira de alta expansión
SILICON LIQUIDO: el cual se
utiliza en una unidad sellada
herméticamente, con el fin de
amortiguar la vibración y evitar
la congelación a bajas
temperaturas.
ACERO INOXIDABLE: se
construye totalmente excepto
la carátula y el cristal, el cual
es prácticamente irrompible.
63. VENTAJAS Y DESVENTAJAS
•
•
•
•
•
•
•
VENTAJAS
No es necesario hacer correcciones por temperatura ambiente
Su mantenimiento es mínimo
Son relativamente resistentes
Se tiene facilidad de lectura
El costo es bajo
No requiere de ningún instrumento secundario para desempeñar
su función.
•
•
DESVENTAJAS
•Son susceptibles al cambio de calibración en manejo industrial
muy rudo
•Los daños debidos a golpes y vibraciones pueden quedar
ocultos y no ser detectados
•No pueden suministrar lectura remota
•
•
•
Los termómetros se recomiendan para usarse en trabajo continuo
con temperaturas arriba de 427°C o en trabajo intermitente con
temperaturas arriba de 538°C
64. SENSORES TIPO SISTEMA
LLENO
• Los sensores del tipo sistema lleno y mide
la temperatura al variar la presión de un
fluido contenido en un sistema cerrado y
sellado constituido por un tubo, un tubo de
conexión llamado tubo capilar y un
elemento sensor de presión. La presión del
fluido en el sistema varía con la
temperatura al cambiar el volumen o la
presión del vapor, dependiendo del tipo de
sistema lleno que se utilice. Los siguientes
son algunos de los diversos sistemas llenos
que se suelen utilizar en la industria:
• Sistema lleno de líquido o clase uno.
• Sistema lleno de vapor o clase 2.
• Sistema lleno de gas o clase 3.
• Sistema lleno de mercurio o clase 4.
65. FACTORES A CONSIDERAR
•
Esta variedad de sistemas cubren colectivamente temperaturas
que varían entre 270 grados centígrados y 815 grados
centígrados; se considera un rango práctico de operación de -185
grados centígrados a 575 grados centígrados. La exactitud oscila
entre 0. 5:02% del rango de la medición.
•
Cada uno de estos sistemas llenos tienen sus particularidades y
sus ventajas. Al seleccionar el tipo de instrumento para una
aplicación específica se debe considerar los siguientes factores:
a) compensación por temperatura ambiente.
b) limitaciones de la gama de operación.
c) escala dividida uniformemente en comparación con escalas no
uniformes.
d) dimensión del bulbo y longitud del tubo.
e) material de bulbo.
f) capacidad para exceder la gama de operación.
g) necesidades de torsión en el capilar, no es superable.
h) objeciones a la presencia de mercurio.
i) factores de costo
•
•
•
•
•
•
•
•
•
66. VENTAJAS Y DESVENTAJAS
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Las ventajas que se tienen con el uso de este tipo de
instrumentos de sistema de lleno son las siguientes:
a) robustez del equipo.
b) costo relativamente bajo.
c) su independencia en cuanto a suministro de energía
para su operación.
d) adaptará mediciones moderadamente remotas.
Algunas de las desventajas son las siguientes:
a) limitaciones la longitud del tubo capilar.
b) posibilidad de requerirse bulbos grandes.
c) limitaciones del intervalo de medición mínimo.
d) limitaciones temperatura máxima a medir.
e) la desventaja más severa es la de la posible necesidad
de cambiar todo el sistema por el peligro de daños físicos
en tubos capilares de longitudes grandes.
67. SENSORES DE RESISTENCIA
Los sensores resistivos son también llamados
termómetros de resistencia y basan su
operación en el comportamiento de ciertos
metales que tienen un coeficiente de
resistividad positivo, es decir, la resistencia
aumenta con la temperatura. Estos
instrumentos
se
usan
para
medir
temperaturas, diferencias de temperatura o
temperaturas promedio y son generalmente
aplicables cuando se requieren intervalos
de medición estrechos o en los casos que
se requiera una alta precisión.
68. METALES USADOS
• Platino (encapsulado)
• Níquel
• Tungsteno (donde se requiera la
resistencia a la radiación nuclear)
• Cobre
69. Estos materiales deben cumplir
ciertas características como:
1. Alto coeficiente de temperatura (ά). Cuando
mayor sea ά mayor será la sensibilidad y
por lo tanto mayor será la variación de la
resistencia con los incrementos de
temperatura.
2. Relación lineal temperatura-resistencia.
Cuanto más lineal sea la curva de
respuesta menos errores se cometen en la
medida.
3. Estabilidad de las características en la vida
útil. Deben tener una buena fiabilidad para
que las medidas con el paso del tiempo
sigan siendo correctas.
70. CURVAS DE MATERIALES
UTILIZADOS
El níquel es el que ofrece una mayor
sensibilidad (ά mayor), pero su margen
lineal es menor que el del platino. Éste es
el que ofrece mejores prestaciones, y la
sonda 100, designada como PT100, es
uno de los sensores de temperatura más
comunes.
71. TERMOMETROS DE
RESISTENCIA
Los termómetros de resistencia pueden
obtenerse con devanado sencillo,
doble o triple, cada uno de ellos
separado eléctricamente. Con el uso
de mas de un devanado es posible
que dos circuitos de medición
independiente midan la misma
temperatura además de tomar mas
de una medición con solamente un
sensor.
72. CARACTERISTICAS
Generalmente los fabricantes
presentan listas de termómetros de
resistencia en numerosos tipos con
el fin de satisfacer necesidades de
aplicación especiales.
El sensor del termómetro de
resistencia
algunas
veces
se
encuentra devanado en un núcleo de
cerámica, conectado a los cables
que pasan a través del núcleo y
relevado de esfuerzos térmicamente.
73. SENSORES RTD
Los detectores de temperatura basados en la variación
de una resistencia eléctrica se suelen designar con
sus siglas inglesas RTD (Resistance Temperature
Detector).
El fundamento de las RTD es la variación de la
resistencia de un conductor con la temperatura. En
un conductor, el número de electrones libres no
cambia apreciablemente con la temperatura. Pero si
ésta aumenta, las vibraciones de los átomos
alrededor de sus posiciones de equilibrio son
mayores, y así dispersan más eficazmente a los
electrones, reduciendo su velocidad media. Esto
implica un coeficiente de temperatura positivo, es
decir, un aumento de la resistencia con la
temperatura.
76. LIMITACIONES DE USARLOS
Autocalentamiento: Dado que las RTD
necesitan alimentación, las va atravesar
una corriente. Si esta es muy elevada se va
producir autocalentamiento y por lo tanto
una variación de resistencia no deseada.
Esto nos introducirá errores en la medida,
con lo cual hay que controlar la corriente
que atraviesa a estos sensores.
Rango de temperaturas: Aunque tienen un
rango de temperaturas bastante amplio, a
temperaturas elevadas la medición es
menos exacta
Conexión: Lo normal en muchos casos, es
que el sensor no este al lado del circuito de
acondicionamiento
77. APLICACIONES
• Medida de temperaturas: Se pueden
hacer medidas tanto del ambiente como
en líquidos, depende de la protección de
la sonda.
• Detector de nivel de líquido: Una RTD
puede disipar su propio calor más
fácilmente en líquido en reposo que en
aire en reposo. Este comportamiento
sugiere su utilización en sistemas de
detección o de control de nivel de líquido
78. APLICACIONES
Alarma/control de llama piloto: Mientras
la llama esta encendida la RTD tendrá
un valor, en cuanto se apague su
resistencia disminuirá y se puede activar
una alarma de aviso.
Anemómetro: En el exterior, expuesto al
viento se monta rígidamente un RTD
mientras que el otro RTD trabaja situado
en una zona de aire en reposo y a la
misma temperatura que el aire donde
esté el primer RTD. Cuando el primer
RTD es expuesto al viento, su
temperatura y por consiguiente su
resistencia varía.
79. BOBINA RTD DEL ESTATOR
Para detectar temperaturas en las bobinas,
las corrientes aéreas, y los gasstreams de
motores, de generadores, y del equipo
auxiliar.
Con
una
temperatura
de
funcionamiento máximo de 155ºC o de
180ºC.
80. FINES GENERALES RTD
Para detectar temperaturas en aire, líquidos,
los gases, y los sólidos en una variedad de
usos de control de proceso.
82. TERMISTORES
A diferencia de otros tipos de
instrumentos tienen una composición que
varían en función del rango de medición y
de la sensibilidad requerida, no es
recomendable la aplicación de estos
elementos en los procesos industriales
debido a la falta de linealidad y a la baja
temperatura máxima permisible.
Debido a su alta sensibilidad puede ser
la mejor selección para hacer una medición
con una alta exactitud.
83. TIPOS DE TERMISTORES
Los termistores mas usados son
los que tienen forma de botón con
revestimiento
de
vidrio,
estos
equipos utilizan por lo general dos
alambres de cobre.
• NTC
(Negative
Coefficient)
Temperature
• PTC
(Positive
Coefficient)
Temperature
84. TERMOPARES
• ¿Qué es un termopar?
•
Es un elemento primario que
consiste de un par de conductores de
materiales distintos unidos entre si,
que generan una fuerza electromotriz
cuando las dos uniones están a
distintas temperaturas.
• ¿Para que sirve un termopar?
•
Es utilizado para censar la
temperatura.
85. ¿CÓMO FUNCIONA?
• Su funcionamiento esta basado en al efecto
Seebeck, que dice que la circulación de
una corriente en un circuito formado por 2
metales diferentas, cuyas uniones( la
caliente o de medida y la fría o de
referencia.), se mantienen a distintas
temperaturas, se comporta obedeciendo a
2 efectos termoeléctricos combinados, el
efecto Peltier que provoca la liberación o
absorción de calor en la unión de los dos
metales distintos cuando una corriente
circula a través de la unión y el efecto
Thomson que consiste en la liberación o
absorción de calor cuando una corriente
circula a través de un metal homogéneo en
el que existe un gradiente de temperatura
86. ¿CÓMO FUNCIONA?
•
•
•
•
Estudios realizados sobre el comportamiento de los
termopares han permitido establecer tres leyes
fundamentales:
1.-La ley del circuito homogéneo: En un conductor
metálico homogéneo no puede sostener la circulación
de una corriente eléctrica por la aplicación exclusiva de
calor.
2.-La ley de los metales intermedios: Si en un circuito
de varios conductores la temperatura e uniforme
desde un punto de soldadura A a otro punto B, la suma
algebraica de todas las fuerzas electromotrices
totalmente independiente de los conductores metálicos
intermedios y es la misma que si pusieran en contacto
A y B.
3.-La ley de las temperaturas sucesivas: La f.e.m.
generada por un termopar con sus uniones a las
temperaturas T1 y T3 es la suma algebraica de la
f.e.m. del termopar con sus uniones a T1 y T2 y de la
f.e.m. del mismo termopar con sus uniones a las
temperaturas T2 y T3.
87. ¿CUÁNTOS TIPOS DE
TERMOPAR EXISTEN?
• Son varios los tipos de termopares que hay
en el mercado, los que los diferencia unos
de otros es la aleación de los conductores
de los que están hechos.
•
Las aleaciones con las que se fabrican
los termopares se escogieron sobre todo
por su potencial termoeléctrico, costo
razonable, estabilidad del tamaño del
grano, linealidad en la curva temperaturaf.e.m., y puntos de fusión mayores que la
temperatura que se va a medir. Las
aleaciones son las siguientes:
• -Cromel: 90% de níquel, 10% de cromo
• -Alumel: 94% de níquel, 3% de manganeso
• -Constantán: 54% de cobre, 46% de níquel.
88. ¿CUÁNTOS TIPOS DE
TERMOPAR EXISTEN?
• También se utiliza el hierro, platino y rodio,
los termopares que se pueden formar con
estos materiales son los siguientes:
•
-Tipo E, Cromel-Constantán.
•
-Tipo T, Cobre-Constantán
• -Tipo J, Hierro-Constantán.
• -Tipo K, Cromel-Alumel.
• -Tipo R, Platino/ platino-Th al 13%
•
-Tipo S, Platino/ platino-rodio al 10%
•
-Tipo B, Pt-Rh 6%/ Pt-Rh 30%.
91. PIROMETROS
• OBJETIVOS:
• CONOCER LOS PIROMETROS MAS
IMPORTANTES QUE EXISTEN
• CONOCER SUS CARACTERISTICAS
PRINCIPALES
• CONOCER SU FUNCIONAMIENTO
• CONOCER SUS PRINCIPALES APLICACIONES
EN LA INDUSTRIA
92. INTRODUCCION
• LOS TERMOPARES SON LOS UNICOS
DETECTORES DENTRO DE ESTE
GRUPO QUE SE PUEDEN UTILIZAR A
TEMPERATURAS MUY BAJAS.
• LOS PIROMETROS SE USAN
INDUSTRIALMENTE CUANDO LAS
TEMPERATURAS SON SUPERIORES AL
RANGO PRACTICO DE OPERACIÓN DE
LOS TERMOPARES Y POR EL CUAL NO
SE PUEDE ESTAR EN CONTACTO
DIRECTO CON LAS TEMPERATURAS
QUE SE MANEJAN.
94. PIROMETROS
La rotación de la bobina mueve la aguja
indicadora a lo largo de la escala y tanto la
bobina como la aguja, sufren una deflexión
contra resortes en espiral .Estas espirales
restringen el movimiento de la bobina y la
aguja y los devuelven a la posición de cero
cuando se suspende la corriente. Dado que
el instrumento mide el voltaje generado por
la diferencia de temperaturas entre la unión
de medición y de referencia a una
temperatura constante o que el instrumento
de medición tenga una compensación
automática y precisa para los cambios de
temperatura en dicha unión.
95. PIROMETROS
POTENCIOMETRICOS
• El
pirómetro
potenciometrico
funciona
básicamente bajo el principio de señal de error
en el que la fem generada por el termopar se
puede considerar como la señal de error. Esta
fem generada se compara después mediante
un sistema de potenciómetro para obtener una
condición nula o de cero, y la señal de error
necesaria para obtener la condición nula se
indica o registra mediante el sistema del
potenciometro, como la fem generada. En la
5.14 se muestra un sistema potenciometrico
simple. En un sistema potenciometrico no es
necesario igualas las resistencias de los
termopares con el potenciometro, debido a que
se emplea una fuerza contraelectromotriz para
producir una corriente nula
96. PIROMETROS
POTENCIOMETRICOS
•
•
En un sistema de potenciometro manualmente
operado, una fem del potenciómetro se neutraliza
con la fem generada por el termopar para producir
una lectura de cero del galvanómetro, no obstante,
la fuerza contraelectromotriz usada y leída en la
carátula del brazo corredizo del potenciómetro debe
compararse a una tabla de conversiones para la
combinación particular de alambres usada en el
termopar y corregida para la temperatura ambiente,
si no se utiliza la referencia del punto de fusión del
hielo.
Se fabrican pirometros potenciometricos pequeños
y compactos para medir la salida de algunas clases
de termopares especificas como los de cromelalumel, hierro-constantan cobre-constantan,platinoplatino-rodio.
98. PIROMETROS DE RADIACIÓN
Cuando se deben medir temperaturas y el contacto
físico con el medio que se va a determinar es
imposible o poco practico, se recurre al uso de
métodos ópticos y de pirometria de radiación
térmica.
La pirometria de radiación mide el calor radiante
emitido o reflejado por un objeto caliente. Aunque la
teoría indica que deben ser sensibles a todo el
espectro de energía irradiada por le objeto, los
pirómetros de radiación térmica se basa en los
conceptos del cuerpo negro, la radiación detectada
por la celda de radiación térmica variara en la cuarta
potencia de la temperatura absoluta de la fuente. La
relación de energía de radiación térmica y
temperatura para una condición de cuerpo negro se
puede expresar:
99. PIROMETROS DE RADIACIÓN
• W = k T04
• En donde:
W = energía radiante
emitida por unidad de área del
cuerpo negro
•
K = constante de
Stefan-Boltzmann
•
T0 = temperatura
absoluta en grados kelvin
• Esta es la ley de Stefan-Boltzmann y
en ella se supone que el cuerpo
negro irradia hacia un receptor que
se encuentra en el cero absoluto.
101. APLICACIONES DEL PIROMETRO DE
RADIACIÓN.
Los pirómetros de radiación se usan
principalmente cuando las temperaturas
son superiores al rango practico de
operación de los termopares, cuando la
vida del termopar es corta debido a las
atmósferas corrosivas, cuando el objeto
cuya temperatura se va a medir esta en
movimiento en procesos al vació o en
hornos a presión, cuando los censores de
temperatura dañarían al producto (por
ejemplo, crecimiento de cristales) y para
obtener la temperatura promedio de una
superficie grande cuando es poco practico
conectar
censores
de
temperatura
primarios.
102. PIROMETRIA OPTICA
El pirómetro óptico es el dispositivo oficial reconocido
internacionalmente
para
medir
temperaturas
0
superiores a 1063
Se ha utilizado para establecer la escala internacional
de temperaturas superiores a 1063 0C.
El pirómetro óptico es un dispositivo para medir la
temperatura de un objeto caliente por la brillantez de
la superficie de dicho objeto. El ojo humano, sin
ninguna ayuda, fue el primer pirómetro óptico que
se uso para determinar la temperatura de objetos
candentes. Este método es aproximado y cuando
mucho permitía hacer solo una estimación, pero
constituía el único medio disponible para determinar
altas temperaturas. La pirometria óptica usa un
instrumento con el que se mide la brillantez
desconocida de un objeto, comparándola con la
brillantez conocida de una fuente fija. El instrumento
también se puede calibrar con precisión
comparándolo con una fuente conocida.
103. PIROMETRO OPTICO
Los
pirómetros
se
pueden
clasificar
de
un
modo
aproximado en dos grupos
generales. El primer tipo
compara óptimamente la luz
del objeto caliente con la de
una
lámpara
en
le
instrumento. La salida de luz
de la lámpara de comparación
se mantiene constante con
una
corriente
eléctrica
constante
a
través
del
filamento. La comparación
con el cuerpo caliente se lleva
a cabo haciendo girar una
cuña de absorción óptica
graduada para cambiar la
brillantes aparente del cuerpo
caliente hasta que se esfuma
la pequeña marca de prueba
luminosa que aparece en el
campo de visión.
104. PIROMETRO OPTICI PYRO
El pirómetro óptico pyro emplea una cuña
óptica. El sistema óptico de lentes y
prismas actúa como un telescopio y
permite tener una visión clara y amplificada
del objeto caliente cuya temperatura se
desea medir. La luz emitida por el objeto
caliente atraviesa tanto el sistema óptico
como la cuña, mediante un anillo de tambor
de escala, la luz emitida por el objeto
caliente atenúa a una intensidad igual a la
de la luz producida por una lámpara
incandescente estándar contenida dentro
del instrumento.
105. PIROMETRO MICROOPTICO PYRO
•
El pirómetro micro óptico es fundamentalmente un
instrumento de laboratorio con un alto grado de
precisión y se puede utilizar para medir blancos de
menos de 1 milésima de pulgada de tamaño, a una
distancia
de
5.5
in.
El pirómetro micro óptico se produce en varios
modelos que abarcan el rango de temperatura
comprendido entre 700 y 5000 oC en tres rangos.
Utilizando filtros montados externamente, se puede
ampliar la escala a 10,000oC(18000oF). Estas lecturas
mas elevadas no son directas, sino que se deben
determinar por medio de graficas comparativas. La
calibración se realiza individualmente con los filtros
correspondientes, de tal suerte que dichos filtros no
pueden intercambiarse con otros, sino solo con el
instrumento que se utilizo durante la calibración.
106. COMPARATIVA
TIPO DE SENSOR
TERMOPARES
COBRE-CONTANTAN
HIERRO-CONTANTAN
CROMEL-ALUMEL
METALES NOBLES
RADIACIÓN
INFRARROJA
RAYO TUBE TERMICO
RADIOMATIC TERMICO
OPTICO
CUÑA OPTICA
FILAMENTO DE LAMPARA
DE COMPARACIÓN
MICROOPTICO
OPTICO PYRO
LEEDS AND NORTHRUP
RANGO DE
TEMPERATURA ( o F )
-300 A 2700
-300 A 600
0 A 1400
600 A 2300
13000 A 2700
65 A 4550
65 A 46550
800 A 4000
125 A700
1063 A 18,000
1063 A10,000
1292 A 18,000
1292 A 18,000
1063 A10,000
100 A 10,470
107. TERMOPOZOS
• Los termopozos sólo dispositivos de
protección para los elementos primarios
sensores de temperatura, que suministran
la señal de salida a indicadores,
registradores o controladores. Estos
dispositivos protegen al sensores de
cambios bruscos del presente temperatura,
así como para dar protección contra fluidos
corrosivos, para dar protección contra
daños mecánicos y para soportar el
elemento censor y permitir el removimiento
de este con la planta de operación. Es muy
importante mantener un buen contacto
físico
entre
elemento
censor
de
temperatura y su termpozo.
108. TERMOPOZO
• Un termopozo es generalmente conectado
al equipo del proceso (tubería, tanque,
etcétera), por medio de rosca, bridas o
soldado.
• La colección rosca de normalmente se
tienen presiones en el proceso muy altas
para poder usar conexiones roscadas o
bridadas. Estas conexiones soldadas son
comúnmente utilizadas en líneas de vapor
donde se tienen alta presión y alta
velocidad del fluido.
109. CONCLUSIONES
•
De los procesos industriales, es frecuente el poder
medir satisfactoriamente la temperatura con varios
tipos de sensores. Por ejemplo, con sensores tipo
bimetálico, con sensores de resistencia o con
termopares; asimismo también con diversos
subtipos, tales como termopares de hierroconstantano, termopares de cobre-constantano,
etcétera. En consecuencia, la selección del tipo de
sensor para una cierta aplicación en un proceso no
es tan simple y puede de involucrar factores de
disponibilidad,
costo,
exactitud,
vida,
útil,
minimización y normalización de tipos, condiciones
de servicio, etcétera. La información técnica de los
diversos tipos de sensores deben estudiarse a
fondo junto con el proceso donde se deben aplicar a
fin de seleccionar el instrumento más idóneo y
eficiente.
112. TEMARIO
•
•
•
•
•
•
•
•
•
MEDIDOR DE PISTON OSCILANTE
MEDIDOR DE IMPULSOR LOBULADO
MEDIDOR DE DERIVACION ROTATORIA
MEDIDOR ROTATIVO CICLOIDAL
MEDIDOR ROTATIVO BIRROTOR
MEDIDOR ROTATIVO OVALES
MEDIDOR DE FLUJO TIPO TURBINA
MEDIDOR DE FLUJO TIPO VORTICE
MEDIDOR DE FLUJO TIPO
ELECTROMAGNETICO
• MIRILLAS DE FLUJO
• CONCLUSIONES
113. INTRODUCCIÓN
•
•
•
•
La correcta medición del flujo de líquidos y gases
en las plantas industriales es de vital importancia
por muchas razones, entre las cuales citamos las
siguientes:
a).- Es necesaria una medición exacta con el fin de
obtener las adecuadas proporciones de fluidos
en los procesos.
b).- El mantener relaciones bien definidas de flujo es
importante para optimizar la producción. Sin una
medición exacta del flujo, no se podrá lograr un
control preciso de los procesos.
c).- Como los costos de producción se basan en la
medición del flujo de fluidos, dicha medición debe
ser lo más precisa posible. Considerando que los
enormes volúmenes de gas, vapor y muchos
líquidos que deben ser medidos y controlados
diariamente en la planta productiva, deberán
tenerse presente que pequeños porcentajes de error
representan grandes cantidades de dichos fluidos.
114. DEFINICIÓN DE FLUJO
• El caudal o flujo es la cantidad de
fluido que circula por un conducto o
cauce en un tiempo determinado.
Para transportar los fluidos de un
lugar de la planta a otro o de un
proceso a otro; para esto se necesita
instalar
sistemas
de
tubería
apropiados. La finalidad es canalizar
el fluido a donde se necesita y, al
mismo tiempo, mantenerlo aislado
del medio externo.
115. MEDICIÓN DE FLUJO
•
Introducción:
• La correcta medición del flujo de líquidos y gases
en las plantas industriales es de vital importancia
por muchas razones, entre las cuales citamos las
siguientes:
a) Es necesaria una medición exacta con el fin de
obtener las adecuadas proporciones de fluidos en
los procesos.
b) Mantener relaciones bien definidas de flujo es
importante para optimizar la producción.
c) Sin una medición exacta de flujo, no se podrá
tener un control preciso de los procesos.
d) Como los costos de producción se basan en la
medición de flujo de fluidos dicha medición debe
de ser lo mas precisa.
118. FLUJO DE FLUIDOS
• Flujo laminar : la
situación ideal del flujo
en una tubería se
establece cuando las
capas de fluido se
mueven en forma
paralela una a la otra.
•
Las capas de fluido
próximas a las paredes
internas de la tubería se
mueven lentamente,
mientras que las
cercanas al centro lo
hacen rápidamente.
119. FLUJO DE FLUIDOS
• Flujo turbulento : Las
partículas de fluido se
mueven en forma
desordenada con
respecto a la dirección del
flujo.
• La turbulencia es causada
por
el
exceso
de
velocidad de circulación,
por cambios bruscos del
diámetro de la tubería, y
por la rugosidad interna
de la misma la turbulencia
produce excesiva perdida
de
presión
en
los
sistemas
y
sobrecalentamiento
del
aceite.
120. FLUJO DE FLUIDOS
•
Reynolds dedujo que
los cuatro factores
anteriores
pueden
combinarse y que el
cambio en el tipo de
fluido sucede a una
magnitud definida de la
combinación de los
mismos, tal como se
indica a continuación:
Donde:
R: numero de
Reynolds.
D: es el diámetro
interior del tubo, en
cm.
V: es la velocidad
lineal promedio del
fluido en m/seg.
ρ: es la densidad del
fluido en Kg./cm3.
μ: es la viscosidad del
fluido (Kg.-fza
seg./cm2)
121. ECUACIÓN DE BERNOULLI
• En base a sus estudios, Bernoulli enuncio
el siguiente teorema:
• En un liquido ideal cuyo flujo es
estacionario la suma de las energías
cinética, potencial y de presión que tiene el
liquido en su punto, es igual a la suma de
estas energías en otro punto cualquiera.
122. PLACAS DE ORIFICIO
• DEFINICION DE PLACA DE ORIFICIO:
• La placa de orificio es el elemento
primario para la medición de flujo más
comúnmente utilizado por su simplicidad,
facilidad en su fabricación, sencillez en su
instalación, fácil reemplazo y bajo costo.
• La placa de orificio consiste en una placa
perforada que se instala en la tubería, el
orificio de la placa puede ser de tres
formas diferentes: concéntrico, excéntrico
y segmental, como se va a ver más
adelante.
123. COMO FUNCIONA LA PLACA DE
ORIFICIO
•
•
•
•
•
•
•
Funciona principalmente por una restricción en la línea de
flujo, que hará que el flujo se contraiga y como este
permanece constante, la velocidad del flujo aumente al
pasar por la restricción
y su presión qué, es estática
disminuye de acuerdo con la ley de conservación de la
energía. Esta diferencia de presiones antes y después de
la restricción, a la que, como dijimos se le llama
DIFERENCIAL, representa un índice que es proporcional
al cuadrado de la velocidad del fluido. Para determinar el
volumen o cantidad de fluido basta con multiplicar el
índice de la velocidad por el área de la restricción, con lo
cual obtenemos la ecuación básica del flujo siguiente:
Q = C * A* V
Donde:
Q es la cantidad de flujo.
C es el coeficiente de descarga.
A es el área de la restricción.
V es la velocidad del fluido, flujo arriba de la restricción.
125. TIPOS DE ORIFICIO
• Placa con orificio
concéntrico: Este tipo de
placa es la más común,
teniendo su orificio
perforado precisamente
en el centro de la placa.
• Placa con Orificio
excéntrico: Este tipo de
placa tiene su orificio
perforado
excéntricamente, es
decir, el orificio esta fuera
del centro de la placa.
• Placa con orificio
segmentado: Este tipo de
placa, su orificio
perforado en la misma no
es circular, ni se localiza
en el centro de la misma.
129. TOMAS DE PRESIÓN
En la industria, se tienen cuatro diferentes
formas para instalar las conexiones,
derivaciones o tomas de presión cuando
se utilizan placas de orificio para la
medición de flujo, las cuales se
describen brevemente a continuación:
•
•
•
•
Tomas de brida
Tomas de tubería
Tomas de vena contracta
Tomas de esquina
130. TOMAS DE BRIDA
El uso de la placa se remonta al año de 1905,
cuando
Thomas R. Waymouth inició
experimentaciones con una placa delgada,
de corte a escuadra
y con un orificio
concéntrico con la que se midieron grandes
volúmenes de gas. Para esa medición
experimental, se adoptaron tomas de alta y
baja presión localizadas a una distancia de
25.4mm (1in.) flujo arriba y similarmente flujo
abajo de ambas caras de la placa . Esta
localización de las tomas se ha adoptado
como norma en la industria y se conoce
como tomas de brida. Estas tomas las
proporciona el fabricante de las bridas porta
placa.
131. TOMAS DE TUBERÍA
Hacia el año de 1913, E.O.Hichstein publicó datos muy
similares a los de Waymouth, únicamente se
diferenciaban en que las tomas de presión adoptadas
por el Hichstain se localizaban como sigue: La toma de
alta presión se localiza a una distancia de 2 ½
diámetros de tubería flujo arriba de la placa y la toma
de baja presión se localiza a una distancia de 8
diámetros de tubería flujo debajo de la placa. Estos
datos técnicos también fueron publicados por la A.G.A.
en 1935. Este tipo de tomas son conocidas
actualmente como tomas de tubería. En este caso
únicamente se mide la perdida de fricción. A estas
distancias, la presión diferencial o caída de presión es
muy pequeña, con lo cual es posible hacer la medición
de un flujo grande. Cabe decir que este tipo de
conexiones son muy usadas para la medición de flujo
de gas natural.
132. TOMAS DE VENA CONTRACTA
Hacia el año de 1916 Horace Judd publicó sus
estudios sobre otro tipo de tomas conocidas
como tomas de vena contracta, las cuales
se localizan como sigue: la toma de baja
presión se hace en donde ocurre
la
contracción de la vena de fluido o punto de
mínima presión y la toma de alta presión se
hace
en un punto determinado
por la
experiencia para obtener la presión estática
verdadera. Este tipo de tomas se aplican cundo
se desea aprovechar la presión diferencial
máxima a través del orificio. En esta medición,
la distancia a la que sé efectúa la máxima
contracción de la vena con respecto a la placa
de orificio, depende del tamaño del diámetro de
la tubería y la relación de diámetros entre el
orificio y la tubería.
133. TOMAS DE ESQUINA
En Europa, es muy común el uso de
unas tomas de presión localizadas
directamente en las caras de la placa,
tanto en el lado de alta presión como en
el lado de baja presión. A este tipo de
tomas se les conoce como tomas de
esquina o tomas de rincón. Este tipo de
conexiones solo se recomienda para
tuberías menores de 50.8mm (2 in.) de
diámetro.
134. TOMAS
TOMAS EN LA BRIDA
TOMAS EN LA VENA CONTRACTA
TOMAS EN LA TUBERIA
TOMAS DE ESQUINA
136. TOBERA DE FLUJO
La Aplicación de la tobera de flujo se
inicio en el siglo XIX y, fue hasta el
año de 1930 que en Alemania se
normalizó su uso en la industria.
Una tobera de flujo se compone de
una entrada elíptica y una sección de
garganta cilíndrica. Debido a su
entrada suave, este elemento de flujo
aprovecha la eficiencia y la exactitud
del tubo venturi y por lo tanto debe ser
fabricada
con
muchas
especificaciones de exactitud.
138. TOBERA
Las toberas no alteran el patrón de flujo tanto
como los orificios y la perdida de presión
correspondiente es mucho menor.
Los laboratorios de investigación de
Leatherhead, Han estudiado la posibilidad de
usar toberas medidoras de flujo de vapor que
tengan errores menores al 1%.
139. FACTORES DE INFLUENCIA PARA
SELECCIONAR TOBERAS DE FLUJO
Entre los factores que tienen influencias para la
selección de elementos primarios de flujo tipo tobera
de flujo, se tienen los siguientes:
1.- Presenta mediana pérdida de presión
permanente.
2.- Este elemento requiere poco mantenimiento.
3.- Con este elemento se permite el paso y la
medición de flujo en aproximadamente 1.6 veces
más fluido que con una placa de orificio a las
mismas condiciones de operación.
4.- Se obtiene una mayor presión diferencial que en
el tubo de Venturi.
5.- Este elemento primario de flujo es de mayor
costo que la placa de orificio y es de menor costo
que el tubo venturi.
140. TUBO VENTURI
• Este elemento primario es un instrumento
que ocasiona una pequeña presión
diferencial y se compone de una sección
convergente que corta, un punto de
diámetro mínimo y de una sección
divergente relativamente larga. el
dispositivo se instálala en la tubería en la
misma forma que cualquier otro tubo de tipo
común, pero su sección media tiene un
diámetro más pequeño llamado garganta.
141. LOS TUBOS VENTURI CLÁSICOS ESTÁN
PRODUCIDOS DE DIFERENTE FORMA
•
•
•
•
Se componen de un cilíndro
de entrada,
Una bocina de entrada, a la
que esta conectado un cuello
cilíndrico
Una bocina de salida.
Aplicación
Para la medición del flujo de
gases, vapores y fluidos
agresivos y no agresivos
cuando es especialmente
importante que haya poca
perdida de presión
142. APLICACIONES Y VENTAJAS
DE TUBOS VENTURI
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Alta precisión en líquidos y gases
En muchas aplicaciones la precisión es ± 0.5%, y se
puede obtener precisión hasta ± 0.25% con calibración en
el laboratorio.
Bajo mantenimiento - no hay partes para reemplazar
Baja caída de presión
Aceptan fluidos con contenido de partículas solidas
Amplio rango de flujo - se mantiene el mismo coeficiente
de flujo sobre todo su rango
No se requiere un tramo largo de tubería recta aguas
arriba del tubo Venturi
Costo de bombeo reducido
Resistentes a fluidos abrasivos, pesados, y corrosivos
Son disponibles en varios materiales
acero, acero inoxidable, fibra vidrio
Son aptos para altas presiones
Disponibles en diámetros hasta 108 pulgadas
143. TUBOS VENTURI
• Tubo Venturi Tipo VTF.
Bajo peso, alta fuerza,
extremos bridados para
insertar entre bridas
• Tubo Venturi Tipo
VTFS. Muy bajo peso,
soldado dentro de un
tubo. Más económico
para diámetros grandes,
y aplicaciones de alta
presión
144. TUBO PITOT
• El tubo de Pitot
lleva este nombre
en homenaje a
Henri Pitot (1695–
1771).
• Científico francés
que
inventó
dispositivos
para
medir el flujo de
agua en ríos y
canales.
145. QUE ES EL TUBO DE PITOT
• El tubo Pitot es un sensor de flujo de
presión diferencial; es el elemento primario
de
un
instrumento
de
flujo.
• Es un tubo de pequeño diámetro y doblado
en ángulo recto que se opone al flujo.
La abertura del tubo esta dirigida hacia
arriba, de modo que el fluido penetre dentro
de la abertura y suba por el tubo
• Un tubo de Pitot permite determinar la
velocidad de un fluido y su caudal en un
punto en el que se conoce a priori la
dirección
del
flujo.
146. ¿CÓMO FUNCIONA EL TUBO DE
PITOT?
•
Para medir flujo el tubo de
Pitot se basa en la medida
de la presión diferencial
•
(diferencia entre la presión
total y la presión estática).
Debido a la escasa caída
de presión que presenta y
Bajo precio el uso del tubo
de Pitot se recomienda
cuando no se requiera gran
precisión, siempre que:
•
• El fluido este limpio
•
El diámetro de la
tubería sea grande.
• La velocidad sea
alta.
147. TIPOS DE TUBO DE PITOT
•
Tubo de Pitot
Normal: Es el que
debe emplearse
normalmente, salvo
cuando se obtengan
resultados erróneos.
•
Tubo de Pitot Tipo S:
Puede usarse cuando
el tubo de Pitot Normal
se obstruya por la
acción del polvo,
humedad o ambos.
148. APLICACIONES
• Las aplicaciones del tubo de Pitot son muy
variadas, un ejemplo: Aviación: Los
aviones usan sistemas basados en este
dispositivo para determinar su velocidad
respecto al aire. Éste se encuentra, por lo
general, fijado a un ala de un avión, que
mide la presión dinámica del aire a medida
que el avión se mueve. Está conectado
directamente al velocímetro, que muestra la
presión dinámica del aire en una escala por
lo general calibrada en nudos.
149. TUBO DAHL
• Otro elemento primario para medición de
flujo que se ha venido utilizando durante
algún tiempo, es el tubo venturi modificado,
el cual se le conoce como tubo dahl.
• En este instrumento se tiene una sección
cilíndrica estrecha en cada lado de la
garganta. Debido a esto, después que el
flujo de fluido pasa a través de un cono de
entrada, encuentra un borde pronunciado,
después que el flujo cruza el canal de la
garganta y a continuación choca con otros
dos bordes pronunciados. En un punto, el
fluido sufre una expansión repentina debido
al cambio de sección y a que los conos son
truncados. El instrumento completo tiene
aproximadamente dos metros de largo.
150. TUBO DAHL
• La presión diferencial producida por
un tubo de dahl es bastante mayor a
las producidas por una tobera de
flujo y la de un tubo de venturi. Por
ejemplo para una relación de β de
0.36, se duplica la presion
diferencial.para gargantas muy
grandes, donde el factor de
velocidad de aproximación ocasiona
una disminución de los tubos de
venturi, por lo que para este caso, la
ventaja del tubo dahl es mayor.
151. VENTAJAS
1. la presión diferencial es sensible a
los disturbios flujo arriba y por lo
tanto requiere una longitud mayor
de tubería recta en la sección de
entrada.
2. el coeficiente de descarga se hace
variable para números de Reynolds
considerablemente grandes.
152. ROTAMETRO
Medidor de sección transversal variable,
que consiste en un conducto
transparente y un "flotador" (en
realidad es más pesado que el
líquido), el cual se desplaza hacia
arriba debido al flujo también hacia
arriba a través del conducto.
El tubo se gradúa para leer el gastos
directamente.
Varias
ranuras
practicadas en el flotador ocasionan
que éste gire, manteniendo así una
posición
central
en
el
tubo.
Cuanto mas grande sea el gasto; más
arriba será la posición que el flotador
alcance.
G = vfdfg , F = vfd1g
E = Cdd1*Af*(v2/g).
F+E=G
G=peso del flotador.
Vf=volumen del flot.
df= densidad del flot.
d1=densidad del fluido
E=fuerza de arrastre del fluido sobre el flot.
F=fuerza de empuje del fluido sobre el flot.
Cd=coeficiente de arrastre del fluido sobre
el flot.
v=velocidad de sección del flot.
Af= área de la sección del flot.
153. MATERIALES COMUNMENTE
EMPLEADOS
El material más empleado en los
flotadores es el acero inoxidable 316
si bien, para satisfacer la gran
variedad de requerimientos de
resistencia a la corrosión que se
presenta en la industria.
Se utilizan flotadores de plástico, si
bien se prefieren los metálicos por su
mayor facilidad de mecanización del
borde superior.
155. LAS ESCALAS DE LOS
ROTÁMETROS
Están grabadas en una escala de latón
o de aluminio montada a lo largo del
tubo y situada en coincidencia con la
línea de cero del tubo o bien
directamente en el tubo de vidrio. La
escala en unidades directas del
caudal (referido siempre a unas
condiciones de servicio dadas.) o
bien en porcentaje de 10 a 100 % de
la escala total, se añade un factor de
multiplicación a todas las lecturas
para convertir a unidades de caudal
en volumen o peso del fluido.
156. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS
ROTÁMETROS DE TUBOS DE VIDRIO
Si en un tubo cónico en posición vertical, el
fluido circula de abajo hacia arriba con
suficiente velocidad, el flotador será
elevado hasta un punto en que se
establezca el equilibrio.
El flotador asciende hasta encontrar una
sección libre de paso, necesaria para
originar un incremento de presión
constante. Como el incremento de presión
es función cuadrática de la velocidad y el
caudal se define como el producto de la
sección por la velocidad, cada posición de
equilibrio del flotador corresponde a una
medida de caudal.
157. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE
ROTÁMETROS DE TUBO METÁLICO
• Se basa en el principio de medida de área
variable. El caudal empuja un flotador con
una conicidad calculada, que se mueve
libre y guiado mediante estrellas, a lo largo
de un tubo con anillo de diafragmación,
incrementando el área libre en sus
diferentes alturas.
• El flotador alcanza un punto de equilibrio,
cuando la fuerza ascensional ejercida por el
fluido, iguala la fuerza de gravedad. Una
variación de caudal, altera el equilibrio de
fuerzas desplazando el flotador ascendente
o descendente, hasta una nueva posición
de equilibrio. Cada punto de equilibrio,
equivale a un caudal.
158. MEDIDOR DE FLUJO TIPO
PISTÓN
Están diseñados para medir flujos de fluidos
viscosos ( alquitrán caliente, aceites
combustibles, licor negro, etc.), fluidos que
son difíciles de medir promedio de otros
dispositivo.
El instrumento transmite la señal de medición
en forma eléctrica o neumática a un
indicador o a un registrador con escala
graduada uniformemente.
Los medidores de flujo de tipo pistón no son
tan extensamente usados como los
rotámetros.
Estos medidores deben usarse con fluidos
limpios y libres de partículas sólidas.
159. COMO TRABAJA EL ESTILO PISTON LL
Un pistón con una abertura central
circular está asentado por un resorte
cargado en un eje torneado a
precisión. El flujo de fluido causa que
el pistón se mueva a lo largo del eje,
creando un espacio variable (entre el
orificio y el eje). La posición de
equilibrio
del
pistón
está
mecánicamente conectada al puntero
o aguja de lectura. La perdida de
presión aumenta sobre el rango de
flujo instantáneo, promediando 3 PSI.
161. MEDIDOR DE
DESPLAZAMIENTO POSITIVO
•
•
•
Los medidores de desplazamiento positivo miden el
caudal en volumen contando e integrando
volúmenes separados del liquido. Las partes
mecánicas del instrumento se mueven a
aprovechando la energía del fluido y dan lugar a
una perdida de carga.
Losa medidores de flujo de desplazamiento positivo
normalmente se instalan en líneas de baja presión y
bajas temperaturas.
Estos instrumentos miden el flujo directamente en
términos de cantidad. Este tipo de medidores
separa el flujo que se mide en proporciones o
volúmenes discretos y contando dichos volúmenes
obtiene una totalización del flujo recientemente se
ha incrementado la aplicación de estos dispositivos
de medición principalmente en sistemas de
mezclado de flujos y en sistemas de carga
automática donde se requiere de considerable
exactitud.
162. MEDIDOR DE DISCO OSCILANTE
• El instrumento dispone de una cámara
circular con un disco plano móvil dotado de
una ranura en la que esta intercalada una
placa fija. Esta placa separa la entrada de
la salida e impide el giro del disco durante
el paso del fluido. La cara baja del disco
está siempre en contacto con la parte
inferior del fluido. La cara baja del disco
está siempre en contacto con la parte inferir
de la cámara en el lado opuesto. De este
modo la cámara está dividida en
compartimientos separados de volumen
conocido.
163. VISTA DE CORTE DE DISCO
OSCILANTE
• Al saber cuanta
cantidad de flujo
pasa por cada
oscilación y al
contar el numero
de estas se esta
determinando el
flujo total.
164. APLICACIONES
• El par disponible es pequeño lo que
pone un limite en la utilización de
accesorios mecánicos.
• Empleado
originalmente
en
aplicaciones domesticas para agua.
• Se utiliza industrialmente en la
medición de caudales de agua fría,
agua caliente y líquidos alimenticios.
• La precisión es de mas menos 12% .El caudal máximo es de 600
l/min. y se fabrica para pequeños
tamaños de tubería.
165. MEDIDOR DE PISTON OSCILANTE
• El instrumento se compone de una cámara
de medida cilíndrica con una placa divisora
que separa los orificios de entrada y de
salida. La única parte móvil es un pistón
cilíndrico que oscila suavemente en un
movimiento circular entre las dos caras
planas de la cámara y que esta provisto de
una ranura que desliza en la placa divisora
fija que hace de guía del movimiento
oscilante. El eje del pistón al girar,
transmite su movimiento aun tren de
engranajes y a un contador. El par
disponible es elevado de modo que el
instrumento puede accionar los accesorios
mecánicos que sean necesarios.
166. APLICACIONES
•
•
•
Se aplican en la
medición de caudales de
agua y de líquidos
viscosos o corrosivos
Se fabrican para
tamaños de tubería
hasta 2” con caudales
máximos de 600 i/min.
El par disponible es
elevado de modo que el
instrumento puede
accionar los accesorios
mecánicos que sean
necesarios.
167. MEDIDOR DE IMPULSOR LOBULADO
• Se integra de dos rotores lobulados
ubicados dentro de un encajonamiento
cilíndrico. La cámara de medición esta
formada por la pared del cilindro y la mitad
de la superficie del rotor. Cuando el rotor
esta en posición vertical, el comportamiento
de medición contiene un volumen definido
de fluido. Conforme el impulsor gira, debido
a la diferencia de presiones existentes
entre los puertos de entrada y salida del
medidor, el volumen medido se descarga a
través de la salida del medidor.
168. ALGUNAS CARACTERISTICAS
• Se fabrican en tamaños que van de 2” a 24”
y con caudales de los liqudos de 30 a
66500 i/min. Su presición es de 1% para
caudales de 10 al 100% del intervalo de
medida bajando mucho la presicion en
caudales bajos debido a los huelgos que
existen entre los lobulos.
170. MEDIDOR DE DERIVACION
ROTATORIA
• Este instrumento tiene válvulas
rotativas que giran excéntricamente
rozando con las paredes de una
cámara circular y transportan el
liquido en forma incremental de la
entrada a la salida.
• Existen varios tipos de medidores
rotativos:
– Cicloidales
– Birrotor
– Ovales
171. MEDIDOR ROTATIVO
CICLOIDAL
•
•
•
Se emplean mucho en la
industria petroquímica para la
medida de crudos y de gasolina
con intervalos de medida que
van de unos pocos l/min. de
líquidos limpios de baja
viscosidad hasta 64000 l/min.
de crudos viscosos
Contiene dos lóbulos del tipo
root engranados entre si que
giran en direcciones opuestas
manteniendo una posición
relativa fija y desplazando un
volumen fijo de fluido liquido o
gas en cada revolución
Se fabrican en tamaños de 2” a
24” y con caudales de líquidos
de 30 a 66500 l/min y en gas
hasta 3 Nm3/h. Su presión es ±
1% para caudales de 10 al 100
% del intervalo de medida.
172. MEDIDOR ROTATIVO
BIRROTOR
• Consiste en dos rotores en contacto
mecánico entre si que giran como únicos
elementos móviles en la cámara de medida.
La relación de giro mutuo se mantienen
gracias a un conjunto de engranajes
helicoidales totalmente cerrado y sin contacto
con el liquido. Los rotores están equilibrados
estática y dinámicamente y se apoyan en
rodamientos de bolas de acero inoxidable.
• Son reversibles, admiten sobre velocidades
esporádicas si recibir daño alguno no
requieren filtros, admiten el paso de
partículas extrañas y permiten desmontar
fácilmente la unidad de medida sin necesidad
de desmontar el conjunto completo
173. MEDIDOR ROTATIVO
BIRROTOR
• Su ajuste es sencillo y son de fácil
calibración mientras el instrumento esta
bajo presión y sin perdida de liquido
• Su tamaño varia de 3” a 12”. La precisión es
de ±.2%, con una perdida de carga de 5
Psi.
174. MEDIDOR ROTATIVO OVALES
•
•
•
Disponen de ruedas ovales que engranan entre si y
tiene un movimiento de giro debido al presión
diferencial creada por el liquido. La acción del
liquido va actuando alternativamente sobre cada
uno de las ruedas dando lugar a un giro suave de
un par casi constante. La cámara de medida y las
ruedas esta mecanizadas con gran precisión para
conseguir un deslizamiento mínimo entre las
mismas.
Si formación de bolsas o espacios muertos en la
cámara de medida y barriendo completamente la
misma en cada rotación. De este modo la medida es
prácticamente independiente de variaciones en la
densidad y viscosidad del liquido.
La precisión es ±0.5% del caudal total. Los tamaños
varían de ½” a 3” .
176. MEDIDOR DE FLUJO TIPO TURBINA
•
•
•
•
•
Consisten en un rotor que gira al paso del fluido con una
velocidad directamente proporcional al caudal. La velocidad
del fluido ejerce una fuerza de arrastre en el rotor.
Cuando el flujo de líquido o gas atraviesa la turbina, mueve
un impeler que es monitoreado por un rayo infrarrojo, sensor
foto eléctricos, o magnetos. Un pulso eléctrico se genera y se
convierte en una salida de frecuencia proporcional a la tasa
de flujo.
Los medidores de flujo tipo turbina son excelentes
utilizados con fluidos limpios, y líquidos de baja
viscosidad.
Para mantener un flujo seccional cruzado, se
recomienda que exista un tramo recto de tubería de
por lo menos 10 diámetros de tubería flujo arriba y de
por lo menos 5 diámetros de tubería flujo abajo, del
elemento primario.
Algunos medidores de flujo tipo turbina pueden
utilizarse con aire. Sin embargo, si existen burbujas
de aire o vapor insertas en el liquido, la lectura será
inexacta. Deberá existir un flujo laminar (estable) en
la sección cruzada de la tubería.
177. VENTAJAS Y DESVENTAJAS
•
•
•
•
VENTAJAS:
Buena exactitud con los líquidos
Fácil instalación y mantenimiento
Señal de salida para totalizar
Disponibles para tasas bajas de flujo
• Ideal para condiciones de alta temperatura presión,
incluyendo gases (metano, gas natural, CO2, CNG,
etc.), criogénicos
• (hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, etc.), LPG (gas
líquido de propano), mercaptans, gasolina,
condensados, alcohol.
• DESVENTAJAS:
• Sensible a los cambios de viscosidad.
• Requiere una distancia de tubería recta.
• Solo para líquidos y gases limpios.
178. MEDIDOR DE FLUJO TIPO VORTICE
• Estos dispositivos se basan en algunas
propiedades de la dinámica de los
fluidos, esto es, aquellas
características que se presentan
cuando éstos se encuentran en
movimiento.
• Para entender mejor la mecánica de la
formación de estos vórtices se puede
observar una bandera montada en su
asta en alguna plaza pública. Al soplar
el viento, éste encuentra en su
camino el obstáculo del asta de la
bandera que, en este caso, funciona
como un dispositivo generador de
remolinos.
179. PARTES DEL MEDIDOR
• El
medidor
está
formado
fundamentalmente
por
tres
componentes: un elemento generador
de remolinos o vórtices; un detector,
que convierte la energía de los
remolinos en una señal eléctrica, y un
transmisor, capaz de amplificar esta
señal y producir un registro sobre una
escala graduada en unidades de
velocidad de flujo.
• A medida que circula el viento, a ambos
lados
del
asta
se
forman
alternadamente áreas de alta y baja
presión que forman pequeños remolinos
que se desplazan en forma longitudinal
por ambos lados de la bandera.
180. CARACTERISTICAS
• Este tipo de medidor se comporta con
mucha eficiencia cuando el fluido —
sea líquido, gas o vapor— se
encuentre
limpio
o
con
pocos
materiales
en
suspensión.
Sin
embargo, cuando se pretende utilizar
este medidor en aplicaciones de
medición de gases de baja densidad,
su desempeño deja mucho que
desear. En tales circunstancias, el
dispositivo detector de remolinos se
confunde porque los vórtices que se
forman tienen una presión muy baja y
su detección queda enmascarada por
los ruidos propios del proceso.
181. MEDIDOR DE FLUJO TIPO
ELECTROMAGNETICO
• Un medidor
magnético de flujo
consiste
básicamente en un
campo magnético
producido por un par
de electroimanes y
dos electrodos. Todo
esto se encuentra
montado en un tubo
apropiado que se
puede intercalar en
la tubería que
transporta el fluido
que se desea medir.
182. VENTAJAS Y DESVENTAJAS
VENTAJAS:
Capacidad para medir fluidos de alta densidad,
como los que se presentan en la industria del
papel y el azúcar (pulpa, melaza, etcétera).
Exactitud excepcional, para medida volumétrica
de líquidos conductivos de electricidad, Ideal para
aplicaciones donde el líquido deberá ser
totalmente purgado de la línea con frecuencia,
tiene sólidos de alta suspensión, o requiere
limpieza sanitaria en el lugar de desempeño. No
es conveniente para líquidos base de petróleo,
solventes y alcohol.
DESVENTAJAS:
• su alto costo y que los fluidos que circulen
deben tener ciertas características
conductoras de electricidad
183. CARACTERISTICAS
•
La conductividad es la única característica propia
del liquido que puede limitar el empleo del medidor
magnético de caudal. El sistema electrónico
utilizado en el elemento y en el receptor permiten
medir caudales de líquidos que tengan una
conductividad superior a 3micromhos/cm.
• El voltaje que se produce entre los electrodos
está en función de la distancia entre ellos, la
densidad del flujo magnético y la velocidad
del fluido. Como los primeros dos parámetros
no varían se puede considerar que el
potencial entre los electrodos es proporcional
a la velocidad del fluido. Al medir este
potencial es posible determinar la velocidad
de flujo. Aunque el diseño de un medidor de
flujo magnético tiene una gran complejidad,
la
instalación,
la
calibración
y
el
mantenimiento son muy sencillos.
184. MIRILLAS DE FLUJO
• Las mirillas de flujo
están diseñados
para inspeccionar
el paso de flujo, a
través de Tuberías.
Permiten
inspección visual,
nivel y contenidos
de tanques, y
equipos en
proceso.
185. MIRILLAS REDONDAS DE
SEGURIDAD MAYPEROT
•
son utilizadas para
inspeccionar tanques
de proceso, tanque
reservorios. Resisten
altas condiciones de
carga térmica y
presión, garantizando
el control visual de los
procesos en el interior
de todo tipo de
recipiente.
>Disponibles en
diámetros desde ½
186. MATERIAL DE FABRICACIÓN
• Acero inoxidable 316. Vidrio boro silicato
tipo pyrex templado.
>Diámetro de conexión desde ½
187. CONCLUSIONES
•
Hemos descrito las principales técnicas de medición
de algunos tipos de instrumentos medidores de
flujo. Las condiciones de flujo de fluidos pueden
mantenerse de forma manual o automática. La
selección de los métodos de medición y de control
depende de la aplicación, de la exactitud del flujo
que debe mantenerse en el proceso y del aspecto
económico. Además, los efectos del medio
ambiente constituyen una grave fuente de errores.
Al especificar y seleccionar un instrumento de flujo
específico es necesario considerar cuidadosamente
las variables de temperatura, presión y humedad
ambientales. La facilidad para el mantenimiento de
la instrumentación durante la operación de la planta,
constituye un factor importante. Por otro lado, es
necesario considerar la situación para que los
instrumentos de medición y control de flujo queden
instalados de manera apropiada para tener facilidad
de acceso y de mantenimiento.
190. TEMARIO
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
INSTRUMENTOS DE NIVEL TIPO FLOTADOR
SENSOR DE NIVEL CON MICROINTERRUPTOR
MEDIDORES DE NIVEL TIPO DESPLAZADOR
MEDIDORES DE NIVEL DE TIPO DIFERENCIAL
INSTRUMENTOS DE NIVEL POR
CONDUCTIVIDAD TIPO ELECTRODO
INSTRUMENTOS DE NIVEL TIPO CAPACITIVO
MULTIELECTRODO
INTRUMENTOS DE NIVEL POR BURBUJEO
INSTRUMENTOS DE NIVEL TIPO PURGA
INSTRUMENTOS DE NIVEL OPTICOS
INSTRUMENTOS DE NIVEL TIPO MAGNETICO
MEDIDORES DE NIVEL SONICOS
MEDIDORES DE NIVEL TIPO RADIACIÓN
CONCLUSIONES
191. INTRODUCCIÓN
Los beneficios básicos que proporciona la instalación de un sistema
de medición de nivel preciso y fiable en el sector industrial son los
siguientes:
•
•
•
•
Mejora en la Calidad del Producto
Reducción en los costes de operación y mantenimiento
Cumplimiento de Normativas medioambientales y de calidad
Todos los instrumentos de nivel montados localmente, deberán
ser de una fácil lectura.
•
Ser accesibles para su mantenimiento ya sea por medio de
gradas u otras estructuras fijas tales como plataformas o pasillos,
de preferencia no utilizar escalera.
•
Un apropiada operación del instrumento debe ser el aspecto mas
importante a considerar, antes que su ubicación.
•
Montando el instrumento a la misma elevación que la conexión
de proceso más baja y facilitando su acceso para mantenimiento
se estará asegurando una operación más fiable, que si se
montara a la elevación más baja para su fácil acceso.
193. D I A F R A G M A
Membrana flexible que entra en contacto con
el producto dentro del tanque y que en su
interior tiene palancas con contrapeso que
se apoyan sobre el interior.
TELA
MATERIALES
GOMA
NEOPERENO
FIBRA DE VIDRIO
194. C O N O
S U S P E N D I D O
• Micro interruptor
montado dentro de
una caja estanca al
polvo con una cazoleta
de goma de la que
esta suspendida la
varilla que termina en
cono.
•
Cuando el nivel
del sólido alcanza el
cono, el interruptor es
excitado. El aparato
puede actuar como
alarma de alto o bajo
nivel.
195. V A R I L L A
F L E X I B L E
• Varilla de acero
conectada a un
diafragma de latón
donde esta
contenido el
interruptor .
•
Cuando los
sólidos presionan el
interruptor se cierra y
actúa sobre una
alarma de alto nivel.
•
Soporta
temperaturas de
hasta 300ºC.
196. MEDIDOR CONDUCTIVO
•
•
•
•
Electrodo dispuesto en el interior de unas placas
opuestas a masas y un circuito eléctrico abierto.
Cuando los sólidos alcanzan el aparato se
cierra el circuito y la pequeña corriente es
amplificada actuando sobre una alarma.
Es importante que los sólidos posean una
conductividad apreciable para que se excite el
circuito.
Deben usar tanques abiertos y a presión,
temperaturas máximas de 300ºC, alarma solo
funciona como alto o intermedio nivel.
197. PALETAS ROTATIVAS
•
•
Eje vertical dotado de
paletas que giran
continuamente a baja
velocidad accionando
un motor, cuando el
sólido llega alas
paletas, las inmoviliza,
con lo que el soporte
del motor y la caja de
engranes empiezan a
girar en sentido
contrario
La presión
máxima que soporta
este medidor es de 10
Kg./cm2.
198. M E D I D O R D E R A D A R
D E
M I C R O O N D A S
• Fuente de microondas situada a un
lado del recipiente y un detector en el
lado opuesto. Cuando el producto
alcanza la horizontal y la señal deja
de recibirse se acciona una alarma.
199. M E D I D O R D E S O N D E O
E L E C T R O M A G N E T I C O
• Es un cable el cual se afloja y un detector
adecuado invierte el sentido del movimiento
del peso con lo cual este regresa a la parte
superior donde se vuelve a detener y a
reiniciar el ciclo.
•
Este señala el peso donde se ha
invertido el movimiento.
200. B A S C U L A
• Mide el nivel de sólidos indirectamente a
través del peso del conjunto de la tola más
el producto.
•
La tolva se apoya en una plataforma de
carga actuando sobre la palanca de una
bascula o sobre otros elementos de medida.
201. MEDIDOR CAPACITIVO
• Es parecido al medidor de nivel en punto
fijo, la única diferencia es que la varilla del
medidor esta aislada y situada
verticalmente en el tanque.
•
De igual manera tiene el problema de
que puede tener mas posibilidades de error
por la mayor adherencia que pudiera
presentar el sólido en la varilla capacitiva.
202. MEDIDOR DE NIVEL POR RADIACIÓN
•
•
•
La fuente radioactividad
utilizada son rayos gamma,
dispuesta al exterior y en la
parte inferior del tanque,
emitiendo su radiación a
través del lecho de sólidos
siendo captada por un
detector exterior.
Si este es puesto en
plano horizontal, trabaja
como un detector
discontinuo todo-nada.
No debe aplicarse a
materiales que sea
afectados por la
radioactividad.
203. MEDIDOR DE NIVEL POR
ULTRASONIDO
Principio de operación
El BM 90 emplea ultrasonidos. Un
impulso ultrasónico generado por
la sonda es reflejado de un
objeto (por ejemplo la superficie
del producto) y vuelve a la sonda
después de un tiempo. La
propagación de la onda ocurre a
la velocidad de sonido. La
distancia “d” se calcula a partir
del tiempo de la generación del
eco.
Los factores principales que
influyen en el intervalo de
tiempo son la temperatura y la
densidad de la atmósfera en el
tanque. Estos por lo tanto deben
ser tenidos en cuenta para
alcanzar la medida de nivel
exacta.
204. TABLA DE COMPARACIONES
DE LOS INSTRUMENTOS
TIPO
PUNTO FIJO
ALTO
CONTINUO
PRECISIÓN
EN% DE
TODA LA
ESCALA
TEMPERATURA
TIPOS DE
MAXIMA DE
TANQUES
SERVICIO EN ºC
SI
SI
NO
50 mm
60
CONO SUSPENDIDO
SI
SI
NO
50 mm
60
A
VARILLA FLEXIBLE
SI
NO
NO
25 mm
300
A
CONDUCTIVO
SI
SI
NO
25 mm
300
PALETAS ROTATIVAS
SI
SI
NO
25 mm
60
A
SONDEO
SI
1%
60
A
BASCULA
SI
0,5-1 %
900
A
y
CAPACITIVO
SI
15 mm
150
A
y
PRESION DIFERENCIAL
SI
300
A
y
A
A
y
y
ULTRASONIDOS
SI
SI
SI
0,5-1 %
150
A
y
RADAR
SI
SI
SI
2 mm
150
A
y
SI
VENTAJAS
BAJO
DIAFRAGMA
RADIACIÓN
DESVENTAJAS
SI
SI
0,5-1 %
1300
A
y
No admite materiales
Bajo costo y sensible
granulares mayores a 80
C
a materiales de baja
mm y los tanques deben
densidad .
ser a baja presión
Debe estar protegido
Bajo costo
Relé retardado y sólo niveles
Muy sensible
altos.
Conductividad de los
C
Tanques a presión
materiales
Matyeriales diversos
Tanuqes abiertos o a baja
y a prueba de
presión
explosión
Resistencia mecanica
sencillo
medida
Preciso, seguro y
sirve para altas
C
Caro
presiones y
temperaturas
La calibración debe ser
C
inidvidual, adherencia del
Barato
producto
Costo medio, posibles
C obturaciones del orificio de
Respuesta rapida
purga
Materiales opacos y
transparentes y es a
C
Costo medio
prueba de
explosiones
Productos muy
C
Costo medio
viscosos
C
Tanques cerrados,
Caro, calibracion inidvidual y productos corrosivos,
afecta a materiales
peligrosos altas
sensibles a la radiación
presiones y
temperaturas
205. MIRILLAS DE NIVEL
• Columna de nivel.
• Cristal de nivel o vidrio de
nivel.
• Más simple y directo.
• En todo tipo de recipiente
(cafeteras – domos de grandes
calderas de alta presión).
206. MIRILLAS DE NIVEL TIPO
REFLEJO “REFLEX”
• Indicador prismático o “reflex”
• La cara interior del vidrio está
provista de prismas de 90° alineados a
lo largo del indicador.
• Los rayos de luz normales en la cara
del cristal chocan con los prismas en
un ángulo de 45°.
• Si no hay líquido en contacto con los
prismas, se provoca una reflexión
total, debido a que el ángulo crítico
para que pase un rayo es de 42°, así el
vidrio aparece con un color blanco
plateado.
• El ángulo critico de un rayo que pasa
del cristal al agua es de 62°.
• El interior de estos instrumentos se
pinta de negro. No permite ver el color
del líquido o la interfase de dos
líquidos diferentes.
207. MIRILLAS DE NIVEL TIPO
“TRANSPARENTE”
• Usado para distinguir el color,
las características o la
interfase de un líquido en el
indicador.
• En los lados opuestos de la
cámara del líquido se colocan
cristales gruesos, los cuales no
tienen prismas.
• Para mejorar la apreciación
visual se puede acoplar una
lámpara de iluminación al
sistema.
208. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS
MIRILLAS DE NIVEL
VENTAJAS:
• Bajo costo en procesos a bajas presiones.
• Ausencia de partes móviles.
• Mide el nivel directamente.
• Muy preciso.
DESVENTAJAS:
• Son instrumentos de lectura exclusivamente
local.
• Requieren limpieza periódica.
• No son aplicables a líquidos sucios.
• Su ruptura puede ser causa de peligro.
• Se tiene problemas con el sello de cristal.
• Su costo se incrementa en procesos a altas
presiones.
• Se tienen imprecisiones a altas presiones y
altas temperaturas.
209. INSTRUMENTOS DE NIVEL TIPO
FLOTADOR
•
Utilizan un flotador que sigue el nivel del líquido
o el nivel de la interfase en el caso de fluidos de
diferentes densidades.
•
La conexión de los flotadores puede ser directa,
magnética o hidráulica.
•
Utilizan otros dispositivos que determinan la
posición del flotador con respecto a un “punto
predeterminado o ajustado”.
•
Si el flotador pasa el punto se genera una señal de
salida.
Tienen una precisión de +- 0.5%
Adecuados en la medida de niveles en tanques
abiertos y cerrados a presión o al vacío.
•
•
•
El flotador puede agarrotarse en el tubo guía por un
eventual depósito de los sólidos o cristales que el
líquido pueda contener.
•
Los tubos guía muy largos pueden dañarse ante olas
bruscas en la superficie del líquido o ante la caída
violenta del líquido en el tanque.
210. FLOTADOR CONECTADO
DIRECTAMENTE
• Unido por un cable que desliza en un juego
de poleas a un índice exterior que señala
sobre una escala graduada.
• Modelo mas antiguo.
• Mas utilizado en tanques de gran capacidad
tales como los de fuel-oil y gas-oil.
• Inconvenientemente sus partes móviles están
expuestas al fluido y pueden romperse. El
tanque no puede estar sometido a altas
presiones.
211. SENSOR DE NIVEL CON
“MICROINTERRUPTOR”
•
•
•
•
•
Brazo magnético
de una articulación
central.
Con un magneto
superior e inferior.
Brazo que acciona
el interruptor.
El mircointerruptor
se instala en
posición fija.
A <nivel:
desciende el
pistón magnético.
212. VENTAJAS Y DESVENTAJAS SENSOR DE NIVEL
CON MICROINTERRUPTOR
VENTAJAS:
• De uso frecuente en la industria.
• Método sencillo de control de nivel
cuando es permisible una banda
proporcional estrecha o un control de
dos posiciones (ON-OFF) o apertura y
cierre.
• Adecuados para tanques cerrados o
abiertos.
• O en recipientes presurizados o de
vació.
• Precisos en tanques profundos.
• Independientes de la densidad.
DESVENTAJAS:
• Puede atorarse en el tubo y la caja no
magnética y larga y sin soporte para
dañarse por variaciones rápidas del
nivel del líquido.
213. MECÁNICO
• A una
diferencia de
nivel el
flotador se
mueve
verticalmente
a lo largo de
los dos
alambres guía.
• La cinta del
medidor se
conecta hasta
el indicador
del cuerpo
medidor,
enrollándose
en un tambor
el cual mueve
la flecha
indicadora.
214. AUTOMÁTICO
• Unidad de
flotación y su
cinta,
suspendido sobre
el líquido.
• Flotador de gran
área.
• Los alambres
guía están
tensionados con
resortes de tal
manera que le
flotador se
puede bajar y
subir sin
fricción.
215. MEDIDORES DE NIVEL TIPO
DESPLAZADOR
• La operación de los instrumentos de nivel
del
tipo
desplazador
se
basa
en
el
principio de Arquímedes, el cual establece
que un cuerpo sumergido en un líquido
sufrirá un empuje hacia arriba con una
fuerza igual al peso líquido desplazado. La
diferencia principal entre el diseño de un
instrumento de nivel del tipo desplazador y
un instrumento de nivel de tipo flotador
está en que el flotador sigue el nivel del
líquido,
mientras
que
el
desplazador
permanece estacionario y solamente cambia
la
tensión
mecánica
del
vástago
del
desplazador al estar éste, más o menos
cubierto por el líquido. En este tipo de
equipos, al cuerpo sumergido se le llama
desplazador,
el
cual
se
encuentra
suspendido por un tubo de una barra de
torsión que restringe su movimiento para
evitar el contacto con cualquier parte del
recipiente en que se encuentre colocado.
216. DESPLAZADORES
Los desplazadores son siempre más pesados que
la fuerza de flotación que desarrolla el
líquido desplazado y se montan en un
vástago de cable flexible sujeto a un
resorte de soporte tal como se muestra en
la figura. La diferencia de movimientos
entre el desplazamiento y el nivel del
líquido depende la sección del área de la
sección transversal del desplazador, de la
densidad del liquido y de la rigidez del
tubo de torsión. El resorte de torsión
puede ser una barra rígida o un tubo hueco.
Cuando se utiliza un tubo de torsión, este
no solo sirve para soportar el desplazador
sino también como un sello de presión sin
fricción; este proporciona un medio de
transferencia del movimiento del
desplazador a través de la pared del
recipiente presurizador a un dispositivo de
medición.
218. CARACTERÍSTICAS
El instrumento sirve también para medir la densidad del
líquido. En este caso el flotador está totalmente
sumergido. El campo de medida de densidades es bastante
amplio, de 0.4 a 1.6.
El cuerpo del medidor puede estar montado directamente en
el tanque (montaje interno) o en un tubo vertical al
lado del tanque (montaje exterior.
El movimiento del brazo de torsión puede transmitirse por
medio de un eslabón a un trasmisor neumático o
electrónico de equilibrio de fuerzas, permitiendo en la
conexión una compensación mecánica para el peso
específico del líquido.
La precisión es del orden de +/- 1%.
El instrumento puede utilizarse en tanques abiertos y
cerradas a presión o a vació, tiene una buena
sensibilidad pero presenta el inconveniente del riesgo
de depósito de sólidos o de crecimiento de cristales en
el flotador que afectan a la precisión de la medida y
es apto sólo para la medida de pequeñas diferencias de
nivel (2000 mm. máximo estándar). La medida de nivel de
interfases requiere flotadores de gran volumen.
219. MEDIDORES DE NIVEL DE TIPO
DIFERENCIAL
En los procesos industriales, posiblemente el
instrumento para medición de nivel más
frecuentemente utilizado es el que mide la
presión diferencial. Las conexiones de
estos instrumentos, tanto de alta como de
baja presión, las cuales son generalmente
de diafragma, puede conectarse dentro de un
tanque en dos puntos cualesquiera para
medir la presión diferencial estática. En
el caso de tanques abiertos, la conexión de
baja presión queda abierta a la atmósfera y
la conexión de alta presión se conecta en
el punto de nivel bajo o en cualquier otro
punto de referencia conveniente para poder
medir la presión manométrica.
En el caso de tanques cerrados, la conexión
de baja presión se hace por la parte
superior del tanque y la conexión de alta
presión se hace en el punto de nivel bajo o
en otro punto de referencia conveniente.
220. CELDA DE DIAFRAGMA GMA
EXTENDIDO
EXTENTION TO
MATCH
TANK NOZZLE
REIGHT
LOW
PRESSURE
CONNEECTI
ON
DRAI
N
DIAPHRAGM
CÁPSULA HIGHPRESSURE SIDE
221. INSTRUMENTOS DE NIVEL POR
CONDUCTIVIDAD TIPO ELECTRODO
La medición de
nivel se efectúa
por medio de una
corriente a través
del detector que es
alimentado por un
voltaje. A mayor
nivel mayor
corriente generada.
Se pueden utilizar
dos electrodos para
indicar ya sea alto
o bajo nivel
El instrumento para
controlar el nivel
utiliza relés
eléctricos y relés
electrónicos
ALARMA
RELEVADOR
agua
Electrodo +
Electrodo FUENTE DE PODER
127 V CA
222. VENTAJAS Y DESVENTAJAS
VENTAJAS:
• Son de bajo costo.
• Son de diseño sencillo.
• Carecen de partes móviles en contacto con
el líquido del proceso.
• Este instrumento es utilizado como alarma o
controlador de nivel.
DESVENTAJAS:
• Se puede formar un arco eléctrico cuando el
nivel de líquido está cercano al electrodo.
• El
instrumento
está
limitado
en
su
aplicación a fluidos conductivos, con una
resistividad inferior a 10-8 ohms/cm.
• La corriente electrolítica del electrodo
puede tener efectos latentes perjudiciales.
• La electrólisis puede reducirse, aunque no
eliminarse,
utilizando
voltajes
de
corriente alterna.
223. INSTRUMENTOS DE NIVEL TIPO
CAPACITIVO MULTIELECTRODO
•
•
•
•
La medición del nivel se efectúa conectando varios
electrodos en la pared del recipiente, para tener una
indicación continua y exacta en
todo lo alto del recipiente.
Su principal aplicación es en las calderas ya que se
requiere controlar en forma precisa el nivel que
propiamente es una interfase agua-vapor.
C = K A/d
LIC-1
LT-1
TRANSDUCTOR
4-20 mAmp
agua
Electrodo +
Ampli
ficador
Electrodo -
FUENTE DE PODER
LY-1
3-15 psi.
224. VENTAJAS Y DESVENTAJAS
VENTAJAS:
• Buena resistencia a la corrosión
• Permiten una rápida y buena limpieza
• Dependiendo
de
los
fluidos
conductores,
aumenta o disminuye la constante dieléctrica
del fluido a un error máximo del 3%
• La precisión de los transductores es de +/1%
• Su utilización es ilimitada y puede emplearse
en la medición de interfases
• No tienen partes móviles
• Ligeros
DESVENTAJAS:
• La temperatura puede las constantes
dieléctricas de 0.1 % de aumento de la K/°C
• Los posibles contaminantes, pueden adherirse
al electrodo variando su capacidad o
falseando la lectura en caso de los fluidos
conductores pero se pude solucionar
incorporando un circuito detector de fase.