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“RESUMEN DE LAS VARIABLES:

PRESIÓN, TEMPERATURA,
FLUJO Y NIVEL”
TEMARIO GENERAL
DIAPOSITIVA

OBJETIVO……………………..…….3
INTRODUCCIÓN………………...….4
VARIABLE PRESIÓN ……………....5
VARIABLE TEMPERATURA………44
VARIABLE FLUJO…………………110
VARIABLE NIVEL…………………..188

•

Nota: Para cada variable habrá un temario al inicio de la misma.
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.
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 .
Resumen de variables
TEMARIO
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

INTRODUCCIÓN.
DEFINICIÓN DE PRESIÓN.
MEDIDOR DE TUBO DE BOURDON.
MEDIDOR DE ESPIRAL.
MEDIDOR HELICOIDAL.
CAPSULA DE DIAFRAGMA.
MEDIDOR DE FUELLES.
CELDAS DE PRESIÓN DIFERENCIAL.
ELEMENTO TIPO PIEZOELECTRICO.
SENSORES STRAIN GAGE
CONCLUSIONES
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.
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.
TIPO DE PRESIONES

Presión Absoluta = Presión Manométrica + Presión Atmosférica.
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.
¿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.
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.
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
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.
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 .
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.
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.
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.
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.
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.
CAMPO DE MEDIDA
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.
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.
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.
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.
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.
FUELLE PARA LA MEDIDA DE
PRESION
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.
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.
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.
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.
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.
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.
MATERIAL PIEZOELECTRICO
• Cuarzo
• Material piro eléctrico
(capacidad de carga
energética).
• Turmalina
• Propiedades mejoradas
(materiales cerámicos, ferro
eléctricos, policristalinos).
BaTio3, Zincronato titanato
de plomo (PZT)
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.
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)
APLICACIONES

Al recibir este las
variaciones de
presión sonora.
Se comprime el
diafragma
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.
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.
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.
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.
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%.
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.
Resumen de variables
TEMARIO
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

INTRODUCCIÓN
CONVENCIÓN DE TEMPERATURA
TERMOMETROS DE VIDRIO
SENSORES TIPO BIMETALICO
SENSORES TIPO SISTEMA LLENO
SENSORES DE RESISTENCIA
SENSORES RTD
TERMISTORES
TERMOPARES
PIROMETROS
TERMOPOZOS
CONCLUSIONES
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.
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.
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.
TERMOSCOPIOS
• Los primeros
equipos
usados para
medir la
temperatura
fueron
llamado
Termoscopios
.
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
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.
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
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,
TERMOMETROS

FIG
UR
A
1

DESCRIPCIÓN

Largo
bulbo mm

RANGO Cº

Termómetro de bolsillo
(Hg.)

10

-30+50

2

Termómetro de pinchar,
de vidrio, alcohol

25

-40+50

3

Termómetro de pinchar
en tierra, alcohol

1000

0+80

4

Termómetro de pinchar
caja metálica

120

-10+110
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.
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.
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.
TERMOMETROS
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.
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.
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.
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.
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
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.
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

•
•
•
•
•
•
•
•
•
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.
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.
METALES USADOS
• Platino (encapsulado)
• Níquel
• Tungsteno (donde se requiera la
resistencia a la radiación nuclear)

• Cobre
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.
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.
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.
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.
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.
SÍMBOLO DE UN RTD
VENTAJAS E INCONVENIENTES
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
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
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.
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.
FINES GENERALES RTD
Para detectar temperaturas en aire, líquidos,
los gases, y los sólidos en una variedad de
usos de control de proceso.
TERMISTORES
• Cobalto

• Níquel

• Cobre

• Estaño
• Titanio

• Hierro
• Magnesio
• Manganeso

• Uranio
• Zinc
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.
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
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.
¿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
¿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.
¿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.
¿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%.
CARACTERÍSTICAS DE
TERMOPARES
CARACTERÍSTICAS DE
TERMOPARES
PIROMETROS
• OBJETIVOS:
• CONOCER LOS PIROMETROS MAS
IMPORTANTES QUE EXISTEN
• CONOCER SUS CARACTERISTICAS
PRINCIPALES
• CONOCER SU FUNCIONAMIENTO
• CONOCER SUS PRINCIPALES APLICACIONES
EN LA INDUSTRIA
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.
CLASIFICACIÓN

TERMOPARES

PIROMETROS
DE
RADIACION

MEDICIONES
INDUSTRIALES
(-185a 541oC)

PIROMETROS
OPTICOS
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.
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
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.
PIROMETROS
POTENCIOMETRICOS
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:
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.
PIROMETRO DE RADIACION
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.
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.
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.
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.
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.
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
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.
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.
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.
Resumen de variables
TEMARIO
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

INTRODUCCIÓN
DEFINICIÓN DE FLUJO
MEDICIÓN DE FLUJO
PLACAS DE ORIFICIO
TOMAS DE PRESIÓN
TOBERA DE FLUJO
TUBO VENTURI
TUBO PITOT
TUBO DALL
ROTAMETRO
MEDIDOR DE FLUJO TIPO PISTÓN
MEDIDOR DE DESPLAZAMIENTO
POSITIVO
• MEDIDOR DE DISCO OSCILANTE
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
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.
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.
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.
ELEMENTOS PRIMARIOS PARA
LA MEDICIÓN DE FLUJO
INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN
DE FLUJO
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.
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.
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)
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.
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.
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.
PLACA DE ORIFICIO
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.
UBICACIÓN DE LA PLACA DE
ORIFICIO
PERFILES DE ORIFICIOS
• Entre los diversos perfiles que se utilizan,
se pueden destacar los siguientes:
VENTAJAS Y DESVENTAJASDE
LA PLACA DE ORIFICIO
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
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.
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.
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.
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.
TOMAS

TOMAS EN LA BRIDA

TOMAS EN LA VENA CONTRACTA

TOMAS EN LA TUBERIA

TOMAS DE ESQUINA
DISPOSICIONES DE TOMAS
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.
TOBERA
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%.
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.
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.
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
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
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
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.
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.
¿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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
MATERIALES COMUNMENTE
EMPLEADOS
Materiales comunes de flotadores normales
Material

Densidad.

Material.

Densidad.

Aluminio

2.72

Inox. 316

8.04

Bronce

8.78

Hastelloy B

9.24

Durimet

8.02

Hastelloy C

8.94

Monel

8.84

Plomo

11.38

Níquel

8.91

Tantalio

16.60

Goma

1,20

Titanio

4.50

Inox. 304

7.92

Teflón

2.20
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.
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.
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.
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.
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.
MEDIDOR DE FLUJO TIPO
PISTÓN
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
ENGRANAJES
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
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.
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
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.
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” .
MEDIDOR OVAL
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
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.
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.
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
MATERIAL DE FABRICACIÓN

• Acero inoxidable 316. Vidrio boro silicato
tipo pyrex templado.
>Diámetro de conexión desde ½
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.
Resumen de variables
TEMARIO
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

INTRODUCCIÓN
DIAFRAGMA
CONO SUSPENDIDO
VARILLA REFLEXIBLE
MEDIDOR CONDUCTIVO
PALETAS ROTATIVAS
MEDIDOR DE RADAR DE MICROONDAS
MEDIDOR DE SONDEO ELECTROMAGNETICO
BASCULA
MEDIDOR CAPACITIVO
MEDIDOR DE NIVEL POR RADIACIÓN
MEDIDOR DE NIVEL POR ULTRASONIDO
TABLA DE COMPARACIONES DE LOS
INSTRUMENTOS
MIRILLAS DE NIVEL
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
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.
MEDICIÓN DE NIVEL DE
SÓLIDOS
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
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
DESPLAZADOR

HIGH
LEVEL
FLEXIBLE
CABLE

LOW
LEVEL

INSTRUMENTO DE NIVEL TIPO
DESPLAZADOR

DISPLA
CERS
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.
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.
CELDA DE DIAFRAGMA GMA
EXTENDIDO
EXTENTION TO
MATCH
TANK NOZZLE
REIGHT

LOW
PRESSURE
CONNEECTI
ON

DRAI
N

DIAPHRAGM
CÁPSULA HIGHPRESSURE SIDE
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
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.
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.
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.
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  • 1. “RESUMEN DE LAS VARIABLES: PRESIÓN, TEMPERATURA, FLUJO Y NIVEL”
  • 2. TEMARIO GENERAL DIAPOSITIVA OBJETIVO……………………..…….3 INTRODUCCIÓN………………...….4 VARIABLE PRESIÓN ……………....5 VARIABLE TEMPERATURA………44 VARIABLE FLUJO…………………110 VARIABLE NIVEL…………………..188 • Nota: Para cada variable habrá un temario al inicio de la misma.
  • 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 .
  • 6. TEMARIO • • • • • • • • • • • INTRODUCCIÓN. DEFINICIÓN DE PRESIÓN. MEDIDOR DE TUBO DE BOURDON. MEDIDOR DE ESPIRAL. MEDIDOR HELICOIDAL. CAPSULA DE DIAFRAGMA. MEDIDOR DE FUELLES. CELDAS DE PRESIÓN DIFERENCIAL. ELEMENTO TIPO PIEZOELECTRICO. SENSORES STRAIN GAGE CONCLUSIONES
  • 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.
  • 9. TIPO DE PRESIONES Presión Absoluta = Presión Manométrica + Presión Atmosférica.
  • 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.
  • 27. FUELLE PARA LA MEDIDA DE PRESION
  • 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)
  • 37. APLICACIONES Al recibir este las variaciones de presión sonora. Se comprime el diafragma
  • 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.
  • 45. TEMARIO • • • • • • • • • • • • INTRODUCCIÓN CONVENCIÓN DE TEMPERATURA TERMOMETROS DE VIDRIO SENSORES TIPO BIMETALICO SENSORES TIPO SISTEMA LLENO SENSORES DE RESISTENCIA SENSORES RTD TERMISTORES TERMOPARES PIROMETROS TERMOPOZOS CONCLUSIONES
  • 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.
  • 49. TERMOSCOPIOS • Los primeros equipos usados para medir la temperatura fueron llamado Termoscopios .
  • 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,
  • 54. TERMOMETROS FIG UR A 1 DESCRIPCIÓN Largo bulbo mm RANGO Cº Termómetro de bolsillo (Hg.) 10 -30+50 2 Termómetro de pinchar, de vidrio, alcohol 25 -40+50 3 Termómetro de pinchar en tierra, alcohol 1000 0+80 4 Termómetro de pinchar caja metálica 120 -10+110
  • 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.
  • 81. TERMISTORES • Cobalto • Níquel • Cobre • Estaño • Titanio • Hierro • Magnesio • Manganeso • Uranio • Zinc
  • 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.
  • 111. TEMARIO • • • • • • • • • • • • INTRODUCCIÓN DEFINICIÓN DE FLUJO MEDICIÓN DE FLUJO PLACAS DE ORIFICIO TOMAS DE PRESIÓN TOBERA DE FLUJO TUBO VENTURI TUBO PITOT TUBO DALL ROTAMETRO MEDIDOR DE FLUJO TIPO PISTÓN MEDIDOR DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO • MEDIDOR DE DISCO OSCILANTE
  • 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.
  • 116. ELEMENTOS PRIMARIOS PARA LA MEDICIÓN DE FLUJO
  • 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.
  • 126. UBICACIÓN DE LA PLACA DE ORIFICIO
  • 127. PERFILES DE ORIFICIOS • Entre los diversos perfiles que se utilizan, se pueden destacar los siguientes:
  • 128. VENTAJAS Y DESVENTAJASDE LA PLACA DE ORIFICIO
  • 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.
  • 137. TOBERA
  • 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.
  • 154. MATERIALES COMUNMENTE EMPLEADOS Materiales comunes de flotadores normales Material Densidad. Material. Densidad. Aluminio 2.72 Inox. 316 8.04 Bronce 8.78 Hastelloy B 9.24 Durimet 8.02 Hastelloy C 8.94 Monel 8.84 Plomo 11.38 Níquel 8.91 Tantalio 16.60 Goma 1,20 Titanio 4.50 Inox. 304 7.92 Teflón 2.20
  • 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.
  • 160. MEDIDOR DE FLUJO TIPO PISTÓN
  • 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.
  • 189. TEMARIO • • • • • • • • • • • • • • INTRODUCCIÓN DIAFRAGMA CONO SUSPENDIDO VARILLA REFLEXIBLE MEDIDOR CONDUCTIVO PALETAS ROTATIVAS MEDIDOR DE RADAR DE MICROONDAS MEDIDOR DE SONDEO ELECTROMAGNETICO BASCULA MEDIDOR CAPACITIVO MEDIDOR DE NIVEL POR RADIACIÓN MEDIDOR DE NIVEL POR ULTRASONIDO TABLA DE COMPARACIONES DE LOS INSTRUMENTOS MIRILLAS DE NIVEL
  • 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.
  • 192. MEDICIÓN DE NIVEL DE SÓLIDOS
  • 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.