Introduccion mecatronica

UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLAREAL CURSO: INTRODUCCION A LA INGENIERIA MECATRONICA. PROFESOR: Ing. Luis Martínez HORAS DE TEORIA: 1 H HORAS DE PRACTICA: 2H SEMESTRE: 2012 – 2 Ing. Luis Martinez S.

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INTRODUCCION A LA INGENIERIA MECATRONICA MECATRONICA CONTENIDO SILABICO 

      

No UNIDAD DENOMINACION

No DE HORAS

01 La mecatronica y los sistemas de medición 03 02 Los circuitos eléctricos y electrónica de semiconductores semicondu ctores 03 Introducción a los amplificador a mplificadores es y circuitos digitales 04 Interfaces con los micro controladores 05 Adquisición de datos 06 Sensores y actuadores actuad ores 07 Tipos de motores y aplicaciones.

Ing. Luis Martinez S.

06 09 06 03 06 06

2

Calificación:    

Practicas calificadas en Aula: Aula: peso 1 Trabajos personales : peso pes o 1 Trabajo grupal : peso 2 Promedio Practicas y trabajos = Suma (practicas y trabajos)/N practicas y trabajos

  

Exámenes: Parcial Parcial (1er Examen) y Final (2do examen), Sustitutorio Promedio = (EP (EP + EF+ Promedio Promedio practicas y trabajos) trabajos) /3 Practicas y trabajos en la fecha indicada.

 

Profesor: Profesor: Ing. Luis Martínez [email protected]

Ing. Luis Martínez S.

3

• Capitulo I.- La mecatronica y los sistemas de medición  



Mecatrónica? No es una palabra palab ra simple de definir ya que se refiere a la automatización de procesos basada en la integración de los sistemas de control, concepto que analizaremos a lo largo del curso ya que el enfoque de la Meca trónica considera a los sistemas como el núcleo de su análisis. Mecatrónica se refiere al diseño integrado de los sistemas buscando un menor costo, una mayor eficiencia, una mayor confiabilidad y flexibilidad desde el punto de vista mecánico, eléctrico, electrónico, de programación y de control. La Mecatrónica adopta un enfoque integral desde estas disciplinas en lugar del enfoque secuencial tradicional del diseño partiendo de un sistema mecánico, luego el diseño de la parte eléctrica y luego su integración con un microprocesador Ing. Luis Martinez S.

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La Mecatrónica se puede tomar como la oportunidad de analizar y resolver los problemas de automatización desde una perspectiva diferente e integral, donde los ingenieros no se deben limitar a considerar únicamente la solución desde el punto de vista de su especialidad, sino en el contexto de una gama de tecnologías. Este enfoque mecatrónico será conveniente para considerar el comportamiento de cada parte del sistema en función del resultado general esperado. La Mecatrónica aborda su estudio partiendo del concepto de sistema. El sistema más simple puede considerarse como una estructura cerrada con una entrada y una salida en donde el principal interés es conocer la relación entre estas dos variables Sistema


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Algunos sistemas de medición


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Medición de Temperatura


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Transmisores de Temperatura • De bulbo • RTD (Pt100 0ºC 100 ) • Termistores (Semiconductores) • Termopares E, J, K, RS, T • Pirómetros (altas temperaturas, radiación)


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Termómetros Escalas termométricas Celsius y Fahrenheit.


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Medición Industrial INDICADOR CONVERTIDOR

Metal A

4 20 mA Cables de mV+-Tol. compensacion Tr

Tm

E (Tm-Tr)

Metal B TERMINAL DE CABEZAL

UNION DE REFERENCIA


SISTEMA DE MEDIDA

Indication °C / °F

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Termopares T2

T1 I

T

Termopar

M Ing. Luis Martinez S.

En la unión de ciertos metales se genera una f.e.m. si los extremos están a temperaturas diferentes. La f.e.m. depende de la diferencia de temperatura Medida: Se opone una tensión conocida a la del termopar hasta que la salida del amp. diferencial es nula 26

Termocupla I

Efecto Seebeck: f.e.m. ==> f ( T )

V

• Rangos: • -200 a 4000 °C 10mV - 50 mV • Sensibilidad: • 10 a 50 µV/°C • Baja Sensibilidad


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Tipos de Termocupla

• J : Fe-Constantan (Fe-C) • K : Cr-Aluml (Cr-Al)

• T : Cu-Constantan (Cu-C) • Otros: W, Rh, Pt • Exactitud : 1 - 3% • Respuesta : Lenta (seg.) Linealidad : No

muy buena


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Thermocouple Type

Names of Materials

Useful Application Range

B

Platinum30% Rhodium (+) Platinum 6% Rhodium (-)

2500 -3100F 1370-1700C

C

W5Re Tungsten 5% Rhenium (+) W26Re Tungsten 26% Rhenium (-)

3000-4200F 1650-2315C

E

Chromel (+) Constantan (-)

200-1650F 95-900C

J

Iron (+) Constantan (-)

200-1400F 95-760C

K

Chromel (+) Alumel (-)

200-2300F 95-1260C

N

Nicrosil (+) Nisil (-)

1200-2300F 650-1260C

R

Platinum 13% Rhodium (+) Platinum (-)

1600-2640F 870-1450C

S

Platinum 10% Rhodium (+) Platinum (-)

1800-2640F 980-1450C

T

Copper (+) Constantan (-)S. Ing. Luis Martinez

-330-660F -200-350C

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Termopares Tipo

Rango

Precisión

T

-200 250ºC

2%

J

0

750ºC

0.5%

K

0

1300ºC

1%

R/S

0

1600ºC

0.5%

W

0

2800ºC

1%


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Curvas de Calibración 80

• Rangos

E

Recomendado:

70

• B: 1290 °F a 3310 °F

T

60

• E: -285

J

50 µV/°C 40

• J: -300 • K: -285

K

• N:

N

30

R

20 10 -500

B

S 0

500

32 • R: 255 • S: 300 • T: -275

1830 2190 2502 2370 3214 3214 750

1K Ing. Luis Martinez S.

1.5K

2K

T (°C) 31

Pt-100 0ºC

100

La resistencia eléctrica cambia con la temperatura Puente eléctrico para la conversión a señal electrica de tensión Margen de empleo: -200 500ºC Sensibilidad: 0.4 /ºC Precisión: 0.2%


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Puente R

R V

R t

R

Pt100

Cuando el puente está equilibrado, la tensión V es nula. Si se modifica R t la tensión V cambia. Ing. Luis Martinez S.

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Conexión a tres hilos

Pt100

R

R V

R t

R

La longitud de los hilos de conexión influye en la medida, el tercer hilo hace que se añada la misma resistencia a cada rama y se compensa el desequilibrio producido en el puente Ing. Luis Martinez S.

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Termopozo

TERMINALES

TUBO PROTECTOR

METALES

AISLANTE

UNION DE MEDIDA Ing. Luis Martinez S.

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Termoresistencia (RTD) • Principio: – R = f(T)

• Materiales: – Pt (más usada) – W (T altas) – Otros: Ni, Cu

• Pendiente: + (siempre) • Linealidad: – Buena

• Formas: – Alambre enrollado – Film metálico

• Film: – Respuesta rápida – Bajo costo – Alta resistencia • Alambre: – Masivo – Mas estable en el tiempo • Auto calentamiento – Bajo • Valores típicos – 100, 200 ohms


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RTD 0,0005” diam.

Aislante

Cu Ag

Pt


0.010” espeso 37

PIROMETROS INFRAROJOS • Todos los cuerpos emiten ondas

electromagnéticas o radiación dependiendo de la temperatura a la que se encuentran • La energía radiada y su longitud de onda están de acuerdo a la temperatura • Por lo que se puede medir la temperatura del cuerpo sin contacto con él • Basan su funcionamiento en la emisividad de los cuerpos Ing. Luis Martinez S.

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RADIACIÓN DE INFRARROJOS Todo cuerpo sobre el cero absoluto de temperatura (-273°C), irradia una energía con una longitud de onda que se encuentra en el infrarrojo (0,76 – 1.000 µ), del espectro electromagnético. El espectro visible es de 0,4 µ para la luz ultravioleta hasta alrededor de 0,75 µ, para la luz roja. Para los propósitos prácticos de medición de temperatura el espectro infrarrojo se extiende de 0,75 µ a 20 µ.


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EMISIVIDAD DE LOS MATERIALES Material Aluminio*

Emisividad 0,03-0,30

Material

Emisividad

Plomo*

0,50

Asbesto

0,95

Piedra caliza

0,98

Asfalto

0,95

Aceite

0,97

Basalto

0,70

Pintura

0,93

Latón*

0,50

Papel

0,95

Ladrillo

0,90

Plástico**

0,95

Carbono

0,85

Caucho

0,95

Cerámica

0,95

Arena

0,90

Concreto

0,95

Piel

0,98

Cobre**

0,95

Nieve

0,90

Polvo

0,94

Acero**

0,80

Alimento Congelado

0,96

Textiles

0,94

Hielo

0,98

Agua

Hierro*

0,70

Madera***

0,95-0,99 0,94

* oxidado ** opaco ***natural


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APLICACIONES

Detector de metal Caliente


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Medición de Presión


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Presión. La presión puede definirse como “la magnitud física que

expresa la fuerza ejercida por un cuerpo sobre la unidad de superficie”. P = F/A

Donde P es la presión, F la fuerza y A el área sobre la cual se aplica la fuerza.


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La presión se clasifica en dos grandes grupos: • Presión relativa: que tiene como punto de referencia la presión atmosférica, y • Presión absoluta: que tiene como referencia el cero absoluto de presión

Pabs = Patm+ P man


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Unidades de Presión: 1 N/m2=1 Pascal (Pa) 1 kN/m2=1000 N/ m2 1 kPa=1000 Pa 1 MPa=106 Pa En el sistema inglés: 1lb-f/pulg2 = 1 p.s.i. (poundal, square, inch). En la industria del gas se usa con frecuencia el bar y el milibar (mbar) En la ventilación industrial se usa frecuentemente pulg Hg, pulg H2O, psi. 1 mbar = 0.001bar La presión también se mide en atmósferas (atm) 1 atm = 14.7 p.s.i. 1 atm = 1.033 kg-f/cm2 Ing. Luis Martinez S.

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Ejemplo Si en la descarga de un compresor de gas, la presión relativa o manométrica es de 18 psi y en la succión del mismo hay un vacío de 3 psi, entonces: Presión

absoluta en la descarga = = 14.7 + 18 = 32.7 psi Presión relativa de succión = -3 psi Presión absoluta de succión = 14.7 – 3 = 11.7 psi


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Ejem: En una piscina cuyas dimensiones son 30*120 pies, la altura hasta la cual está llena de agua es de 6 pies. ¿Cuál es la presión manométrica o relativa en el fondo de la piscina? La densidad del agua es de 62.4 Lb/pie 3

Utilizando la formula: p=h*d p =6 pies*62.4 Lb/pie3 p =374.4(Lb/pie2)(1pie2/144pulg2) p =374.4/144 (lb/pulg2) = 2.6 psi. Ing. Luis Martinez S.

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Transmisores de presión • Presión absoluta • Presión manométrica • Presión diferencial

Medidas basadas en: •Desplazamiento •Galgas •Piezoelectricidad Ing. Luis Martinez S.

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Potenciómetro

Sensor de desplazamiento Inducción

Capacidad


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Galgas / Efecto Hall La deformación varia R

Galgas extensiométricas

N Efecto Hall

Corriente

Fuerza S Ing. Luis Martinez S.

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Sensor piezoeléctrico Fuerza + Cristal de cuarzo

-

Placa metálica


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Instrumentos para medir presiones estáticas • Los instrumentos más comunes para medir presiones

estáticas es decir fluídos en reposo; pueden ser los manómetros de columna liquida, los manómetros de deformación elástica (manómetros de Bourdon) y los manómetros de peso muerto. • A continuación realizaremos una breve descripción de cada una de ellos. • Manómetro de columna liquida o manómetro diferencial.- Se usan para medir presiones pequeñas, consiste en un tubo en U en cuyo interior contiene un líquido puede ser mercurio o aceite coloreado sujeto en una tabla o plataforma fija, puede ser vertical o inclinado Ing. Luis Martinez S.

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Los manómetros de columna liquida también se pueden usar para medir presiones menores que la atmosférica es decir presiones vacuométricas en cuyo caso se llama “Vacuometro”,

a) Manómetro en situación normal, el líquido esta en el mismo nivel en ambos lados de la columna. b) Manómetro conectado a un tanque que contiene gas natural a una presión mayor que la atmosférica, la columna de líquido sube una altura H. c) Manómetro conectado a un tanque que contiene gas natural a una presión menor que la atmosférica, la columna de líquido baja una altura H. Ing. Luis Martinez S.

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Ejemplo:

• • • •

La lectura de un manómetro indica 26 ” Hg; de vacío; determinar la presión absoluta en psi y kN/m 2. 1atm = 29.9”Hg = 100 kN/ m2 =14.7 psi Presión absoluta = Patm - Pvacío Pabs= 29.9”-26” = 3.9 “ Hg Pabs = 3.9” Hg*(14.7 psi/29.9” Hg) = 1.917 psi

• Pabs= 3.9” Hg*(100 kN/m2/29.9” Hg) =

Pabs = 13.04 kN/m2=13.04 kPa


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Manómetro de Bourdon Es el mas común de los manómetros de deformación elástica, basan su principio de funcionamiento en la deformación elástica de elementos flexibles (ley de Hooke). Normalmente son tubos metálicos curvos de sección elíptica y tienen tendencia a enderezarse cuando se les somete a una presión interna. Si uno de los extremos del tubo esta fijo, el otro experimenta un desplazamiento que depende de la magnitud de la presión aplicada. Si la presión interna del tubo es menor que la externa el tubo tendrá tendencia de curvarse aún mas. Como la presión externa que rodea el tubo es la presión atmosférica el manómetro de Bourdon sirve para determinar presiones manométricas. Ing. Luis Martinez S.

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Manómetro de Bourdon

Esquema constructivo de un manómetro de Bourdon, generalmente consta de un tubo de sección elíptica que al deformarse por la presión del gas mueve una aguja calibrada a través de un resorte.


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Funcionamiento del manómetro de Bourdon Los manómetros de Bourdon tienden a enderezarse si la presión interna es mayor que la atmosférica entonces la aguja del reloj gira en sentido antihorario y marca presiones, manométricas positivas, pero si la presión externa es menor que la presión atmosférica el tubo tendera a curvarse mas con lo cual la aguja girara en sentido horario marcando presiones negativas o vacuométricas.


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Escalas de los manómetros de Bourdon

(a)

(b)

Manómetros con escalas en psi. a) Manómetro para medir presiones positivas de 0 a 100 psi. b) Manómetro compuesto por dos escalas de 0 a 100 psi y escala negativa de 0 a -30 pulg Hg para medir presiones vacuométricas. Ing. Luis Martinez S.

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Características del manómetro de Bourdon • Su rango de trabajo puede variar de 0 a 98 MPa. • Requieren aferición periódica por cuanto llegan a sufrir • • •

•

deformación permanente, recalibración frecuente. Son susceptibles a altas temperaturas y al ataque de fluídos corrosivos. Son muy sensibles a las vibraciones. Poseen una precisión de 0.25 a 2% del fondo de escala ó a plena escala, y se calibran generalmente en kg/cm 2. Sin embargo para aplicaciones especiales pueden llevar otras graduaciones por ejemplo: mm Hg o m H 2O. Los vacuómetros normalmente se gradúan en mm Hg. Para presiones muy bajas normalmente se utilizan los manómetros de diafragma o de fuelle.


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Presión


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Manómetros diferenciales para presiones muy pequeñas

Cuando las presiones a medir sean muy pequeñas por ejemplo menos de 100 mm de columna liquida no es posible utilizar el manómetro en U o el Bourdon de manera directa, normalmente se utiliza tres tipos de instrumentos que son: Manómetro de columna liquida inclinada, Manómetro de dos fluídos y el micromanómetro.


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Manómetros diferenciales para pequeñas presiones

(b) (a) Manómetros de columna liquida para pequeñas presiones:

(c)

a) Manómetro en U inclinado, b) Manómetro inclinado de una sola rama, la altura h equilibra la presión medida pero se toma como lectura la distancia h1, conociendo la inclinación se determina h, c) Manómetro inclinado de tiro.


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Presión Estática, de velocidad y total.- En el estudio de los flujos se emplean conceptos básicos que caracterizan el movimiento del fluído, encontrándose dentro de ellos el caudal, la presión estática, la presión de velocidad y total, que pasamos a describir a continuación: a) Presión Estática (pe).- La presión estática es la parte de la presión del fluido debido solamente al grado de compresión del mismo, también se entiende como la fuerza por unidad de superficie ejercida en todas las direcciones y sentidos únicamente por las partículas del fluído, al margen de la dirección y sentidos de la velocidad. Puede existir un fluído en movimiento o en reposo, ya que todo fluído ejerce una presión sobre las paredes del recipiente que lo contiene, ejerciéndose por igual en todas las direcciones, siendo su valor igual al cociente entre el valor de esa fuerza y la superficie que recibe su acción. Ing. Luis Martinez S.

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b) Presión de velocidad (pv).- La presión de velocidad es la parte de la presión del fluído debido solamente al movimiento del mismo en forma conjunta. También podemos decir que la presión de velocidad de un flujo de fluído es la fuerza por unidad de superficie que equivale a la transformación total de la energía cinética en energía de presión. La presión de velocidad es siempre positiva y se manifiesta únicamente en el sentido de la velocidad. El movimiento del fluído como ya se dijo, es debido básicamente a la diferencia de presiones que existen entre dos puntos. Por lo tanto, la velocidad del flujo depende de la resistencia que encuentre en su recorrido la corriente del flujo. Al igual que cualquier otra cosa que se mueve, el aire ejerce presión contra los obstáculos a su paso y es proporcional a su velocidad.


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c) Presión total (pt).- La presión total es debido

al grado de compresión del fluído y a su movimiento. Es la suma algebraica de la presión de velocidad y de la presión estática en un punto. Si el aire se encuentra en reposo, la presión total será igual a la presión estática. Es oportuno observar como ejemplo que, mientras la presión estática es negativa en la aspiración y positiva en la impulsión, la presión de velocidad es siempre positiva, por lo que la presión total es la suma algebraica de ambas. Presión total = presión estática + presión de velocidad Ing. Luis Martinez S.

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Medición de presiones de velocidad La presión de velocidad es más difícil de medir por que no se puede separar de la presión estática, la cual siempre lo acompaña. La única excepción de una medida hecha en la descarga a la atmósfera abierta al final de la tubería, en cuyo caso la presión estática es cero. Para obtener la presión de velocidad en un ducto o tubo es necesario medir la presión total y la presión estática simultáneamente, la diferencia entra ellas dos es la presión de velocidad.


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Tubos de Pitot y manómetro en un ducto de impulsión. En conductos de impulsión las presiones estáticas (p e) y total (pt) son positivas, resultando una sobrepresión.

(a)

(b)

(c)

a) Mide la presión de velocidad, b) Mide la presión estática, c) Mide la presión total del flujo. Ing. Luis Martinez S.

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Tubos de Pitot y manómetro en un ducto de aspiración. En los conductos de aspiración las presiones estática (pe) y total (pt) son negativas; en consecuencia se tiene una depresión.

(a)

(b)

a) Mide la presión de velocidad. b) Mide la presión estática. c) Mide la presión total del flujo. Ing. Luis Martinez S.

(c)

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Celdas de carga

“Strain Gauges” –Tensión mecánica --> R = f(F)

Fuerza

R = ρ l/A Ing. Luis Martinez S.

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Capacitivo

Capacidad ----- f(P)

C = ε A/d Ing. Luis Martinez S.

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Piezoeléctrico

Cristales ----- f(P)

V = kP Ing. Luis Martinez S.

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Sensores de Presión


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Ejemplos


73

Ejemplos

Presión en proceso Ing. Luis Martinez S.

74

Ejemplos

Presión diferencial Ing. Luis Martinez S.

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Medición de Nivel


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Level


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Transmisores de nivel • Desplazamiento – Flotador – Fuerza: Principio de Arquímedes

• Presión diferencial • Capacitivos • Ultrasonidos • Radar Ing. Luis Martinez S.

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MEDIDORES DE NIVEL Los medidores de nivel pueden clasificarse en dos grupos generales: directos e indirectos Medidores Directos Son los primeros aprovechan la variación de nivel del material (líquido o sólidos granulares) para obtener la medición. Medición por Ultrasonido


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Medidores Indirectos Los segundos, usan una variable, tal como presión, que cambia con el nivel del material. Para cada caso, existen instrumentos mecánicos y eléctricos disponibles. Medición con Transmisión de Presión Diferencial


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MANTENIENDO UN CONTROL DE NIVEL Un circuito de control de nivel hace lo siguiente: 1. Mantiene el nivel de un líquido en un tanque o recipiente. 2. Mantiene el nivel del líquido a niveles preseleccionados determinados por el punto de ajuste en el controlador. 3. Fija el líquido en un nivel ajustado por el operador. 4. Indica el nivel del líquido. 5. Realiza funciones auxiliares tales como de alarma o control de paro.


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Sensores de Nivel • Indirectos – Presión Hidrostática

• Directos

– Balanza

• Mirilla

– Eléctricos

• Flotador

• Conductivo

• Desplazamiento

• Capacitivo

• Sonda

• Vibración • Ultrasonido • Micro- Ondas • Radiactivo


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Flotador • Acoplamiento: – mecánico. – Magnético.

• Mantenimiento

frecuente


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Desplazamiento • Fuerza de empuje • Rango limitado • Interruptores/ salida

continua.


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Sonda

• Pluma baja y sube

constantemente • Sólidos y líquidos


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Presión Hidrostática  Necesidad

de vaciar tanques para instalación y calibración.  Supresión o elevación de cero.  Diferencia de presiones en tanque cerrado.  Columna de compensación húmeda.

100 % h 4

0% h 3

h 2

L H


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Presión Hidrostática


87

Nivel: presión diferencial Se mide la diferencia de presión entre ambas ramas Se supone la densidad constante

LT

Condensación en los tubos (p0 + gh) - p0 Ing. Luis Martinez S.

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MEDICION DE NIVEL METODO HIDROSTÁTICO


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Balanza • Celdas de Carga. • Distribución

uniforme en los apoyos


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Conductivo • Detección • Control


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Vibradores • Detección • Líquidos: frecuencia • Sólidos: amplitud


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Capacitivo • Constante

dieléctrica • Líquidos conductores y no conductores


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Capacitivos

Entre el electrodo y la pared del depósito se forma un condensador cuya capacidad depende del nivel de líquido Ing. Luis Martinez S.

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Nivel: Ultrasonidos

El tiempo entre la emisión y la recepción de las ondas de alta frecuencia es proporcional al nivel


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Ultrasonido • Tiempo de tránsito. • Velocidad del sonido = 343 m/s • Angulo de emisión. • No para temperaturas o

presiones altas. • Vapores, espuma excesiva, turbulencia o polvo interfieren Ing. Luis Martinez S.

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Radar • • • • • • • • •

Frecuencia: GHz Velocidad de la luz. Inmune a: presión temperatura vapores turbulencia agitación Caro


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Radiactivo • Rayos gamma. • Fuera del depósito • Medios Peligrosos. • Atenuación depende de

depende de densidad del medio. • Caro. Ing. Luis Martinez S.

98

Ejemplos

Presión diferencial Ing. Luis Martinez S.

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Medidores de Flujo


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MEDIDORES DE FLUJO

La medición de flujo tiene el más alto porcentaje en cuanto a medición de variables industriales se refiere. Ninguna otra variable tiene la importancia de ésta, ya que sin mediciones de flujo, sería imposible el balance de materiales, el control de calidad y aún la operación de procesos continuos. Existen muchos métodos para medir flujos, en la mayoría de los cuales, es imprescindible el conocimiento de algunas características básicas de los fluidos para una buena selección del mejor método a emplear. Estas características incluyen viscosidad, densidad, gravedad específica, compresibilidad, temperatura y presión, las cuales no vamos a detallar aquí. Básicamente, existen dos formas de medir el flujo: el caudal y el flujo total. El caudal es la cantidad de fluido que pasa por un punto determinado en cualquier momento dado. El flujo total de la cantidad de fluido por un punto determinado durante un periodo de tiempo específico. Veamos a continuación algunos de los métodos empleados para medir caudal. Ing. Luis Martinez S.

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MEDICIÓN POR PRESIÓN DIFERENCIAL Utiliza dispositvos que originan una presión diferencial debido al paso de un fluido por una restricción. La razón de hacer esto es que el caudal es proporcional a la raíz cuadrada de la diferencia de presiones entre dos puntos, antes y después de la restricción. Uno de estos elementos es la placa - orificio o placa perforada. Allí, el fluido sufre una disminución de su presión, la cual es mínima en el punto denominado "vena contracta". Si bien es cierto, la presión tiende a recuperarse, existe al final una pérdida de presión. Una placa- orificio se coloca en una tubería, sujeta entre dos bridas. La forma y ubicación del agujero son el rasgo distintivo de tres tipos de este dispositivo: la placa concéntrica, la excéntrica y la segmental; la selección de algunas de éstas depende de las características del fluido a medir. Existen tres tipos de tomas de presiones a ambos lados del elemento primario: tomas de bridas, tomas de tubería y tomas de vena contracta. Igualmente, aquí las características del fluido influirán en la elección de alguna de estas.Típicamente se utiliza un transmisor de presión diferencial para la toma de las presiones y el envío de una señal que represente al flujo. A esta señal sin embargo se le debe extraer la raíz cuadrada para obtener una respuesta lineal con respecto al flujo. Antiguamente se empleaban instrumentos especiales para tal fin. Hoy, esta es una función de software en instrumentos digitales. La placa perforada es finalmente, un elemento simple, barato, aunque no muy preciso, como otros dispositivos de presión diferencial. Aunque funcionalmente es sujeta a la erosión y daño, es fácil de reemplazar. Ing. Luis Martinez S.

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MEDIDORES MAGNÉTICOS Utilizan la ley de inducción de Faraday, que establece que cuando una corriente pasa por un conductor y existe un campo magnético en dirección transversal al mismo, se crea un potencial eléctrico proporcional a la corriente. En la aplicación para medir caudal, se coloca un tubo aislado eléctricamente con un par de electrodos montados a ambos lados del tubo y rasantes con el fluido. Unas bobinas eléctricas se colocan alrededor del tubo de modo tal de generar un campo magnético en un plano perpendicular, tanto al eje del cuerpo del voltaje de salida es proporcional a la velocidad promedio del fluido; no interesa si este es laminar o turbulento. Además, es independiente de la viscosidad, densidad, temperatura y presión. Si bien es cierto, se requiere que el fluido tenga cierta conductividad mínima, la señal de salida no varía con el aumento de la conductividad, lo cual es una ventaja. En aplicaciones en donde es necesario medir flujo de masa, se puede lograr esto midiendo la densidad del fluido y multiplicando las dos señales. Ing. Luis Martinez S.

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MEDIDOR A TURBINA Un instrumento de este tipo consiste de una rueda de turbina de precisión, montada en cojinetes de una porción de tubería, y una bobina electromagnética colocada en la pared de la tubería, causa el giro de la turbina a una velocidad que varía directamente con el caudal del fluido de proceso. La interrupción del campo magnético, con cada paso de cada hoja de la turbina produce un pulso eléctrico. La frecuencia de estos pulsos determina la velocidad del fluido.


104

MEDIDOR DE VÓRTICE La forma de medición es parecida a la de la turbina. Sin embargo, aquí un dispositivo fijo a la entrada de la tubería similar a una hélice, genera un movimiento rotatorio al fluido. Otro dispositivo, se encarga posteriormente de restablecer el caudal original al fluido. La oscilación de éste en el punto de medición, es proporcional al caudal. Estas oscilaciones producen variaciones de temperatura en un sensor colocado en el área, variaciones que luego se convierten en pulsos de voltaje que son amplificados, filtrados y transformados en ondas cuadradas para ser luego ingresados a un contador electrónico.


105

MEDIDORES DE FLUJO TOTAL Dentro de este tipo de dispositivos se tienen los denominados medidores de desplazamiento positivo, los cuales, separan la corriente de flujo en incrementos volumétricos individuales y cuentan dichos incrementos. Los medidores son fabricados de modo tal que cada instrumento volumétrico es conocido en forma precisa y la suma de estos incrementos da una medida muy aproximada del volumen total que pasa a través del medidor. La mayoría de los medidores de desplazamiento positivo son de tipo mecánico y usados principalmente para medir cantidades totales del fluido a ser transferido y a menudo se asocian a otros dispositivos para lograr acciones de indicación, registro o control. Entre los más utilizados, figuran los de disco oscilante, pistón oscilante, cicloidal, oval, birrotor, etc. Los medidores de flujo de masa en sus diversos tipos y los computadores de flujo, constituyen hoy en día una muestra del avance de la tecnología en la medición de esta variable. El medidor tipo Coriolis es un ejemplo de los primeros. Aquí el fluido fluyendo a través de un tubo vibrante causa una deflexión en el tubo proporcional al flujo de masa. Estos medidores tienen gran exactitud. Ing. Luis Martinez S.

106

Transmisores de Caudal • Presión diferencial • Electromagnéticos • Turbina • Vortex • Efecto Doppler • Másicos (Coriolis) …..


107

Tubo Pitot Es un instrumento que permite medir la velocidad de los fluídos, consta de un tubo en U, que permite medir la presión de la velocidad de un fluído. Este instrumento consiste básicamente en dos tubos metálicos en dos tubos metálicos concéntricos entre si y conectados a un manómetro diferencial. Mide puntualmente la presión de velocidad del fluído, que circula en el interior de un ducto o tubería, como la diferencia (∆p) entre su presión total tomada por el tubo externo. A partir de esta diferencia obtiene la velocidad puntual del fluído mediante la ecuación: Donde: Q = Caudal

Q

kA

2 p

∆p = Presión de velocidad ρ =

Densidad del fluído k = Constante del instrumento.

A = sección del ducto Ing. Luis Martinez S.

108

Tubo de Pitot (b)

(a) 1

2

a) tubo de Pitot con dos tomas para medir la presión estática (1) y la presión de velocidad (2). b) esquema de un tubo real de pitot, el cual tiene tubos

.

concéntricos para determinar la presión de velocidad Ing. Luis Martinez S.

109

Características del tubo de Pitot

• • • • • • • •

Es un instrumento sencillo y de fácil manejo utilizado principalmente para gases y también para líquidos. Puede obstruirse cuando el fluído arrastra sólidos. Su rango de utilización es de 0 a 2500 mm de H2O. Permite mediciones en un amplio rango de temperaturas. Es utilizado en ductos de diámetro mayor de 150mm. Las perdidas de carga que origina son despreciables. Su diámetro debe ser menor o igual a 1/40 del ducto. Para velocidades inferiores a 2 m/s debe usarse anemómetros. En caso de obstrucción puede limpiarse usando aire comprimido. Su precisión varia de 1.0 a 4.0 % según su operación. Ing. Luis Martinez S.

110

Caudal TUBO PITOT Primario generador de presión diferencial apto para la medición en grandes cañerias (tipicamente de 8" a 40") a muy bajo costo y con una perdida de carga despreciable. despreciable. Una de sus principales ventajas es que puede ser montado bajo presión sin interrumpir el servicio

Ing. Luis Marti

S.

111 11 1

Tubo de Pitot

BAJA PRESION

ALTA PRESION

FLUJO

TUBO PITOT


112

Anemómetros Los anemómetros miden puntualmente la velocidad de fluídos exteriores. Consisten en un rotor, dotado de álabes metálicos inclinados, acoplado a un mecanismo que determina sus revoluciones. Algunas de las características de los anemómetros son las siguientes: • Ideales para gases con velocidades de 0.25 a 30 m/s. • Trabajan en un rango de temperaturas de 0 a 80 ºC. • Son más delicados que el tubo de pitot. • Existen dos tipos muy conocidos: de hilo caliente e impelente. • Se usa frecuentemente para medir al velocidad del viento o el aire. Ing. Luis Martinez S.

113

Placa orificio Es un dispositivo estacionario que mide la diferencia de presión estática antes y después de un disco metálico cuyo centro tiene un orificio calibrado. Se instala en ductos y tuberías en cuyo interior circula el fluído. La diferencia de presiones (∆p) es tomada por un

manómetro diferencial y esta relacionada con el caudal (Q) según la ecuación siguiente: 2ΔΔ Q kA ρ • •

• •

Algunas de las características de la placa orificio son las siguientes: Es un instrumento sencillo y de bajo costo. Necesita tramos rectos, libres de cualquier obstrucción, tanto aguas arriba como aguas abajo. Admite presiones de fluído hasta de 98 MPa. Se utiliza con vapores, líquidos y gases. Ing. Luis Martinez S.

114

Placas de orificio P1

P2

Basada en la medida de presión diferencial D

d

2

q

C 1

D2 4

2g(P1

P2 )

4

d D


115


116

Características de una placa de orificio • • • • • • • •

Algunas de las características de la placa orificio son las siguientes: Es un instrumento sencillo y de bajo costo. Necesita tramos rectos, libres de cualquier obstrucción, tanto aguas arriba como aguas abajo. Admite presiones de fluído hasta de 98 MPa. Se utiliza con vapores, líquidos y gases. Ocasiona pérdidas de presión irrecuperables en la línea. Su exactitud depende del grado de desgaste de su canto. Las fluctuaciones de presión ocasionan errores de lectura. Su precisión es del orden del 1.0 % del fondo de la escala. Ing. Luis Martinez S.

117

Placa de orificio

Vista de un medidor de placa orificio, se puede ver que la diferencia de presiones medida por el manómetro permite determinar la velocidad del fluído conociendo la relación de áreas. Ing. Luis Martinez S.

118

Caudal PLACA ORIFICIO Aptas para medir caudal de todo tipo de fluido en forma sencilla y económica. Pueden ser diseñadas en base a las normas ASME, AGA, ISA, etc. Estan disponibles en materiales tales como AISI-316, Monel, Hastelloy C, PVC, etc. Se proveen junto a accesorios como bridas portaplaca, juntas, tramos de medición, etc.


119

Placa de orificio


120

Tubo Venturi Es un aparato que permite evaluar el caudal o velocidad de los fluidos líquidos y gases. Funciona de manera análoga a la placa orificio. Consiste básicamente en un tubo formado por una garganta recta entre dos troncos de cono. Una toma de presión estática se realiza en la garganta y la otra a la salida del instrumento. Ambas tomas estan conectadas a un manómetro diferencial. Algunas de las características del tubo venturi son las siguientes: • Se utiliza para medir los flujos de líquidos y gases. • Introduce una perdida de presión inferior a la placa orificio. • Su precisión es del orden del 0.5 % de la lectura. Ing. Luis Martinez S.

121

Tubo de Venturi

Tubo de venturi con manómetro diferencial para medir el caudal de un flujo. Ing. Luis Martinez S.

122

Tubo de Venturi

FLUJO

ALTA PRESION

BAJA PRESION


123

Caudal TUBO VENTURI Aplicable a la medición de caudal en grandes cañerías donde se requiera una caída de presión permanente muy baja o un elemento primario de fácil trazabilidad. Disponibles en gran variedad de materiales y de conexiones a proceso


124

Tubo de venturi y Pitot


125

Contador Volumétrico

• • • • •

Es un medidor estacionario constituido básicamente de un disco que gira, en el interior de una cavidad, al paso del líquido. El disco está acoplado a un mecanismo de lectura acumulativa. Algunas de las características del contador volumétrico son las siguientes: No tiene competidor para flujos bajos de líquidos viscosos. Puede medir caudales hasta de 10 000 m 3/h. La presión del líquido puede alcanzar los 0.98 MPa. Es sensible a las impurezas del líquido. Su precisión es del orden del 2.5% del fondo de la escala. Ing. Luis Martinez S.

126

Caudal EFECTO DOPPLER Es un instrumento ultrasónico de costo muy accesible que permite medir caudal instantáneo y volumen totalizado de líquidos sin invadir la cañería. La tecnología con la que opera lo hace apto para medir líquidos que arrastren sólidos (Ej.: efluentes). De muy fácil programación, posee además salida de 4 - 20 mA y de RS-232 para adquisición de datos


127

Tobera

FLUJO

BAJA PRESION ALTA PRESION


128

Medición de flujo 10 0 80 60 40 20 0

A

C Curva de presión

B DISTANCIA

10 0 80 60 40 20 0

Fluj o PUNTO DE VENA CONTRACTA

Concéntrica

Excéntrica Ing. Luis Martinez S.

Segmental

129

Presión diferencial

Ventajas: • Bajo costo de adquisición inicial. • Tecnología simple y aceptada. • Aplicaciones en grandes diámetros de tubería. Desventajas: • • • • •

Poca precisión. Corrimientpos en la medición. Caída de presión significativa. Rangeabilidad limitada. Medida basada en volumen. Ing. Luis Martinez S.

130

Turbinas

Ventajas: • Bajo costo de adquisición inicial. • Excelente repetibilidad. • Tecnología aceptada. • Baja caída de presión. Desventajas: • Precisión depende de la densidad. • Partes móviles de mantenimiento frecuente (rodamientos, etc). • Medición unidireccional. • Factor de calibración para cada fluído. • Requiere eliminadores de aire y enderezadores de flujo. • Medida basada en volumen. Ing. Luis Martinez S.

131


132

Caudalímetros electromagnéticos

N B S

N

+ S


En el conductor (líquido) que circula a una velocidad en el seno del campo B se induce una f.e.m proporcional a la velocidad, que se recoge en los electrodos 133

MEDIDORES ELECTROMAGNÉTICOS


134

LEY DE FARADAY

Ui = B x l x v – Ui = Voltaje inducido – L = Longitud del Conductor – B = Intensidad del campo

magnético – v = Velocidad del conductor Ing. Luis Martinez S.

135

LEY DE FARADAY

• Ui = L x B x v – Ui = Voltaje Inducido – L = Diámetro interior = k1 – B = Intensidad del campo

magnético = k2 – v = velocidad del conductor – k = k1 x k2

• Ui = k x v, la señal en el

electrodo es directamente proporcional a la velocidad del fluído. Ing. Luis Martinez S.

136


137

MEDIDOR VORTEX PRINCIPIOS

• Brisa ligera - flujo

laminar, no se forman remolinos • Brisa mayor - flujo en

transición, Formación de remolinos irregulares • Fuerte viento - Flujo

turbulento, Remolinos de patrón regular


138

Via Vortex Von Karman

• Formación de Vórtices continuamente • Alternados lado a lado • Frequencia es proporcional a la

velocidad Ing. Luis Martinez S.

139

S E Ñ A L S A L I D A

20 mA

Lineal con el Flujo 4 mA

Q=0 QMIN

QMAX Régimen de Flujo


140

Ventajas del flujómetro Vortex •

La señal de flujo es digital –

–

•

•

•

•

•

•

No hay corrimiento del cero Salida de pulsos para totalizador

Bajo costo de instalación Amplia Rangeabilidad Salida inherentemente lineal Baja caída de presión Aplicaciones en líquidos, vapor, o gas Inmune a cambios en la densidad & viscosidad Ing. Luis Martinez S.

141

Construcción Mecánica probada en el campo Amplificador • Disponible en Remoto

Indicador /Totalizador

Empaquetadura • Alta confiabilidad

Local/ Interface

Cuerpo • Categoría ANSI full

Sensor Herméticamente sellado

Barra de Vortex • Metal sólido • Construcción robusta • No partes móbiles


142

Aplicaciones

•

Mejores Aplicaciones – – – –

•

Fluidos limpios de baja viscosidad (< 3cp) Vapor & gas Hidrocarburos de baja viscosidad Agua, químicos de baja corrosión

Aplicaciones marginales – – –

Líquidos moderadamente viscosos (< 7cp) Químicos moderadamente corrosivos Pulpas ligeras ( less than 1%) Ing. Luis Martinez S.

143

Flujómetro Másico Tipo Vortex


144

Principio de Medición Lineal con el Flujo

Fluctuaciones Alternadas (F)

Velocidad (V)

Voltaje Frecuencia

Voltaje V2 Frecuencia V Voltaje V Frecuencia


145

Magnéticos

Ventajas: • Bajo costo de adquisición inicial. • No intrusivo. • Tecnología aceptada. • Aplicaciones en grandes diámetros de tuberia. • Mide fluídos erosivos. Desventajas: • No puede medir hidrocarburos u otro fluído no conductivo. • Limitada rangebilidad. • Requiere tubería recta antes y despues del medidor. • Factor de calibración para cada fluído. • Medida basada en volumen. Ing. Luis Martinez S.

146

Desplazamiento positivo (PD)

Ventajas: • Bajo costo de adquisición inicial para diámetros pequeños. • Bueno para fluídos viscosos. • Tecnología aceptada. Desventajas: • Precisión depende de la viscosidad. • Partes móviles de mantenimiento frecuente (rodamientos, etc). • Medición unidireccional. • Factor de calibración para cada fluído.


147

Desplazamiento positivo (PD)

Cont.

Desventajas. • No maneja sólidos en suspensión por originar daños internos. • Puede requerir eliminadores de aire y filtros. • Medición unidireccional. • Costoso para diámetros superiores a 4”.

volumen • Medida basada en Ing. Luis Martinez S.

148

Comparación de Flujómetros másicos Tipo Fluido

Vortex Mass D/P(PT co..) Gas,Vapor Gas,Vapor (Liquido) (Liquido)

Thermal Gas

Coriolis Liquido

T1 T2 Principio

Tamaño (mm) Precisión

f F F = V2 = V f V 50~100 (15~300) 2%

Q=SQR( p) M=Q*PTcomp. 50~1000

T=T2-T1

M=C* T > 15

Depende de 1~2% Aplicación


t

M=A* t PT1/4~150 0.5%

149

Guía de Instalación Toma de Presión y toma de Temperatura

Computador Flujo Masa Transmisor Temperatura

Transmisor Presión

3.5 a 7.5 D 1a2D


150

Método de entubado para Mantener la Precisión Longitud mínima de tubería recta aguas arriba Te

curva

10 D

10 D

Expansión

Válvula control 10D

Reducción

Válvula compuerta abierta

30-50D

10D Conecxión directa OK

10D Ing. Luis Martinez S.

5D 151

Método de entubado para llenar el sensor con Liquido a medir Líquidos Conteniendo burbujas Bueno

Malo

Bueno


Malo

152

Método de entubado para Aplicaciones de Líquidos Malo

Bueno

Válvula deControl


153

Método de entubado para llenar el sensor con el líquido a medir Bueno

Bueno

Bueno

Malo


154

Método de entubado para Aplicaciones de Gas Malo

Bueno


155

Método de entubado para Aplicaciones de Gas Aplicación normal Control Valve

Mal

Bien

Aplicación con posibilidad de flujo pulsante Control Mal Bien Valve


156

Efectos de la Viscosidad (GPM)

MAX.

200

E T A R 100 W O L F 50 R A E N I L 20 . N I M 10

1

Flujo MIN. VS. VISCOSIDAD para YEWFLO 2”

2

5 10 20 VISCOSIDAD DEL FLUIDO (cSt)


157

LA METROLOGIA


158

LA METROLOGIA ES PARTE DE LA FISICA ES LA CIENCIA DE LA MEDICION SUS TAREAS SON: 

ELABORACION DE LAS BASES TEORICAS



DESAROLLO DE METODOS DE REPRODUCCION DE UNIDADES



INVESTIGACION DE LA TEORIA DE ERRORES



DESARROLLO DE TECNICAS DE MEDICION



ESTABLECER METODOLOGIAS PARA LA TRANSMISIÓN DE VALORES EN LA CADENA DE TRAZABILIDAD

CAMPOS DE LA METROLOGIA 

LEGAL: Con fines de fiscalización para la defensa del consumidor



INDUSTRIAL: Garantizar cumplimiento de especificaciones de la empresa para asegurar la calidad de los productos.



CIENTIFICO: custodia de patrones de la mas alta exactitud

LA METROLOGIA INDUSTRIAL Y LEGAL

METROLOGIA LEGAL LOS REQUERIMIENTOS METROLOGICOS ESTAN EN • REGLAMENTOS • NORMAS METROLÓGICAS METROLOGÍA INDUSTRIAL LOS REQUERIMIENTOS METROLÓGICOS ESTÁN EN: • ESPECIFICACIONES DE PROCESO • ESPECIFICACIONES DE PRODUCTO • ESPECIFICACIONES DEL CLIENTE Ing. Luis Martinez S.

161

CAMPOS DE LA METROLOGIA INSTITUTO NACIONAL METROLOGIA CIENTIFICA (FUNDAMENTAL) LABORATORIOS DE CALIBRACION ORGANISMOS FISCALIZADORES METROLOGIA LEGA METROLOGIA INDUSTRIAL

COMERCIO INDUSTRIA Ing. Luis Martinez S.

162

IMPORTANCIA DE LA METROLOGIA EN EL COMERCIO: DONDE TODA TRANSACCION REQUIERE DE UNA MEDICION EN LA INDUSTRIA: PARA ASEGURAR EL CUMPLIMIENTO DE LAS ESPECIFICACIONES

CUANDO EL COSTO DE LA TRANSACCION ES ALTA O SE REQUIERE UNA GRAN EXACTITUD EN LA MEDICION, LA METROLOGIA ADQUIERE MAYOR IMPORTANCIA Ing. Luis Martinez S.

163

CAMPOS DE LA METROLOGIA LEGAL

INDUSTRIAL

CIENTIFICA


164

SISTEMA DE UNIDADES DEFINICION DE LA UNIDAD DEL SI REALIZACION PRACTICA

ESCALA DESC.

PATRON NACIONAL

ESC. ASCEND.

PATRONES DE REFERENCIA

PATRONES DE TRABAJO Ing. Luis Martinez S.

165

VENTAJAS DEL SISTEMA INTERNACIONAL * ES UN SISTEMA COHERENTE * POSEE UNA UNIDAD ÚNICA PARA CADA MAGNITUD * LA MAGNITUD DE FUERZA Y MASA ESTAN DIFERENCIADAS * USA COMO FACTOR DE CONVERSIÓN MULTIPLOS DE 10 * ES DE USO INTERNACIONAL Ing. Luis Martinez S.

166

ESTRUCTURA DEL SISTEMA INTERNACIONAL

UNIDADES ESPECIALIZADOS ACEPTADOS POR EL SI

UNIDADES DERIVADAS

SUBMULTILPLOS

MULTIPLOS

UNIDADES SUPLEMENTARIAS

UNIDADES BASE


167

REGLAS PARA EL USO DEL SI 

DEL NOMBRE DE LAS UNIDADES



DE LOS SIMBOLOS



DE LOS PREFIJOS



ESCRITURA DE NÚMEROS



REDONDEO DE VALORES



REPRESENTACION DEL TIEMPO

LOS MEDIOS DE MEDICION TODO LO QUE SE USA PARA MEDIR, INCLUYE: 

INSTRUMENTOS,

MATERIALES DE REFERENCIA, PATRONES,





DISPOSITIVOS DE MEDICION,



EQUIPOS PARA ENSAYOS,



EQUIPOS AUXILIARES, SOFTWARE,



ETC.



CLASIFICACION DE LOS MEDIOS DE MEDICION POR SU DESTINO METROLOGICO

PATRONES DE EMPRESA (DE REFERENCIA)

MEDI OS DE MEDI CION PATRON

PATRONES: PARA VERIFICAR EL ESTADO DE CALIBRACION MEDI OS DE

MEDIOS DE MEDICION DE TRABAJO PARA INSPECCION O PARA EL CONTROL DE PROCESO Ing. Luis Martinez S.

MEDICION D E TR A B A J O 170

CARACTERISTICAS METROLOGICAS EXACTITUD: APROXIMACION AL VALOR VERDADERO ESCALA: MARCAS ASOCIADAS CON UNA NUMERACION ALCANCE: VALORES DE INDICACION EXTREMAS VALOR DE DIVISION: TRAZOS SUCESIVOS DE LA ESCALA RESOLUCIÓN: INDICACION PERCEPTIBLE EN FORMA SIGNIFICATIVA VALOR NOMINAL: VALOR REDONDEADO DE UN INSTRUMENTO SENSIBILIDAD: CAMBIO DE RESPUESTA A UN ESTIMULO ESTABILIDAD: VARIACION DE SUS CARACTERISTICAS EN EL TIEMPO LIMITE DE MEDICION: LIMITES PARA MEDIR DENTRO DE ERRORES PERMITIDOS ERRORES MAXIMOS PERMISIBLES: VALORES PERMITIDOS PARA UN INSTRUMENTO REPETIBILIDAD: CAPACIDAD DE UN INSTRUMENTO PARA DAR INDICACIONES PROXIMAS HISTERESIS: DIFERENCIA MAXIMA ENTRE LA ESCALA ASCENDENTE Y DESCENDENTE Ing.UN Luis INSTRUMENTO Martinez S. DE ACUERDO A SUS 171 CLASE DE EXACTITUD: CLASE DE 

CLASE DE EXACTITUD CLASE DE UN INSTRUMENTO QUE SATISFACE CIERTAS EXIGENCIAS METROLOGICAS COMO: ESTABILIDAD, RESOLUCIÓN, SENSIBILIDAD, ERRORES, ETC LA CLASE SE INDICA POR NUMEROS O SIMBOLOS

CLASES DE BLOQUES PATRON SEGÚN NORMAS ISO

CLASIFICACION DE BALANZAS SEGÚN NORMAS OIML (NMP):

CLASE USO RECOMENDADO 00 INVESTIGACION 0 CALIBRACION 1 VERIFICACION 2 TALLER

CLASIFICACION CLASE I ESPECIALES CLASE II FINAS CLASE III COMERCIALES CLASE IV ORDINARIAS Ing. Luis Martinez S.

172

MAGNITUDES DE INFLUENCIA IDENTIFICAR FACTORES QUE INFLUYEN EN – EN EL EQUIPO Y – EN LA MEDICION

PUEDEN SER – TEMPERATURA, – HUMEDAD, – GRAVEDAD, – CAMPOS MAGNETICOS, ETC.

ESTOS FACTORES DEBEN SER – CONTROLADOS O – SE DEBE APLICAR FACTORES DE

CORRECCION

CALIBRACION DE LOS METODOS ANALITICOS 

METODOS ABSOLUTOS  Señal

de un instrumento con respecto a un patrón



Calibrar la escala del refractómetro con agua u otra sustancia de valor conocido



METODOS ESTEQUIOMÉTRICOS  Se determina el factor del reactivo o material  Es la estandarización del reactivo,



METODOS COMPARATIVOS  Se

aplica el mismo procedimiento al patrón y a la muestra  Se tiene una función numérica o gráfica  Ejemplo: Determinación de blancos

CALIBRACION * CONTRASTAR EL VALOR DE * UN MEDIO DE MEDICION * CON EL DE UN PATRON * A LO LARGO DE LA ESCALA DE MEDICION

* EL ERROR PERMITIDO ESTA DADO POR: LA RECOMENDACION DEL FABRICANTE PRECISION DEL MEDIO DE MEDICION UNA NORMA TECNICA


175

TIPOS DE ERRORES

VALOR DEL PATRON

VALOR DEL PATRON Ing. Luis Martinez S.

176

CRITERIOS PARA DETERMINAR LOS INTERVALOS DE CALIBRACION

• TIPO DE EQUIPO • RECOMENDACION DEL FABRICANTE • REGISTRO DE CALIBRACIONES ANTERIORES

• SEVERIDAD DEL USO • TENDENCIAS AL DESGASTE • FRECUENCIAS DE LA VERIFICACION • CONDICIONES AMBIENTALES Ing. Luis Martinez S. • EXACTITUD DE LA MEDICION BUSCADA

177

PERIODOS DE CALIBRACION COSTO

RIESGO

LO IDEAL

TECNICO

ECONOMICO BARATO POCO FRECUENTE

MAS FRECUENTE MUY CARO Ing. Luis Martinez S.

178

FRECUENCIA DE CALIBRACION

TIEMPO CALENDARIO

TIEMPO REAL DE USO

NÚMERO DE VECES DE UTILIZACIÓN

TOMA EN CUENTA EL DESGASTE: * POR USO * POR TIEMPO LIBRE

TOMA EN CUENTA EL USO DEL EQUIPO

TOMA EN CUENTA EL ACCIONAMIENTO

REGISTRO : * NO REQUIERE

REQUIERE REGISTRO: * DE USO U * HORAS UTILIZADAS

REQUIERE * UN CONTADOR O * UN REGISTRO DE USO


179

CUANDO CALIBRAR LOS EQUIPOS 

AL COMPRAR O ANTES DE UTILIZARLO, SI NO TUVIERA EL CERTIFICADO



CUMPLIDA LA FECHA EN EL PROGRAMA DE CALIBRACION



DESPUES DE REALIZAR UN AJUSTE



DESPUES DE UN MANTENIMIENTO O REPARACION



EN CASO DE DUDA  DURANTE EL USO O  COMO

RESULTADO DE LA VERIFICACION

NORMAS METROLOGICAS PARA LA CALIBRACION OIML ISO

INTERNACIONALES

REGIONALES EAL (EUROPA) NACIONALES

NMP (PERU) DIN (ALEMANIA) JIS (JAPON)

DE ASOCIACION

ASTM API

DE EMPRES

HEWLETT PACKARD PERKIN ELMER MITUTOYO Ing. Luis Martinez S.

181

La Calibración y la Verificación

Conjunto de operaciones que establecen, bajo condiciones especificadas, la relación entre los valores de magnitudes indicadas por un instrumento o sistema de medición, o valores representados por una medida materializada o un material de referencia y los correspondientes valores reportados por patrones

Confirmación mediante examen y presentación de evidencias del cumpli miento de los requisitos especificados


182

LA CALIBRACION Y LA VERIFICACION

VERIFICACIONES O CONTROLES

MES 0

1

CALIBRACION REAJUSTADA

CALIBRACION PROGRAMADA

CALIBRACION INICIAL

2

3

4

5

VERIFICACIONES O CONTROLES

MES 6



6 MESES

4 MESES Ing. Luis Martinez S.

183

AFERICION METROLOGIA CONTRASTAR UN MEDIO DE MEDICION CON UN PATRON OFICIAL, CON FINES DE FISCALIZACION CON METODOS O NORMAS OFICIALES CON TOLERANCIAS APROBADAS POR UN ORGANISMO OFICIAL Ing. Luis Martinez S.

184

CALIBRACION Y VERIFICACION CONTROL DE LOS EQUIPOS VERIFICACION

11 CALIBRACION

CONFORME NO CONFORME

CONFORME DOCUMENTAR INFORME

AJUSTE REPARACION

CAMBIO DE CLASE

11

AUTORIZAR USO

DESCARTAR Ing. Luis Martinez S.

185

CALIBRACION DE LOS METODOS ANALITICOS



METODOS ABSOLUTOS  Señal

de un instrumento con respecto a un patrón



Calibrar la escala del refractómetro con agua u otra sustancia de valor conocido



METODOS ESTEQUEOMETRICOS  Se determina el factor del reactivo o material  Es la estandarización del reactivo,



METODOS COMPARATIVOS  Se

aplica el mismo procedimiento al patrón y a la muestra  Se tiene una función numérica o gráfica  Ejemplo: Determinación de blancos

COMPARACION DE PATRONES Y MUESTRAS MUESTRAS

PATRONES P

M1, M2, M3 .

PREPARACION ALICUOTAS

XM1, XM2, XM3

XP1, XP2, XP3

METODO DE ANALISIS SEÑAL

YM1, YM2, YM3

YP1, YP2, YP3

COMPARACION Y CALCULOS RESULTADOS

R1, R2, R3 Ing. Luis Martinez S.

187

LOS CERTIFICADOS DE CALIBRACION INFORMACION

GENERAL

IDENTIFICACIÓN

DEL LABORATORIO QUE CALIBRA TITULO DEL DOCUMENTO NUMERO DE IDENTIFICACION Y FECHA IDENTIFICACION DEL EQUIPO NUMERO DE PAGINAS DEL DOCUMENTO Y ANEXOS NOMBRE, TITULO Y FIRMA DE LOS RESPONSABLES INFORMACION

TÉCNICA

RESULTADOS DE

LA CALIBRACION EXPRESION DE LA INCERTIDUMBRE IDENTIFICACION DEL PATRON UTILIZADO TRAZABILIDAD A PATRONES DE MAYOR JERARQUIA CONDICIONES DE CALIBRACION METODO O NORMA USADO EN LA CALIBRACION ANEXOS

Certificado de calibración INDECOPI SNM

DEL DOCUMENTO Ing. Luis Martinez S.

188

ESQUEMAS DE TRANSMISION TRAZABILIDAD PATRONES PRIMARIOS

INSTITUTO DE METROLOGIA

EMPRESA

PATRONES DE TRANSFERENCIA

PATRONES DE TRABAJO MEDIOS DE MEDICION DE TRABAJO Ing. Luis Martinez S.

189

LA TRAZABILIDAD METROLOGICA

LABORATORIO INTERNACIONAL PATRONES INTER NACIONALES

LABORATORIO NACIONAL DE METROLOGIA

PATRONES NACIONALES

PATRONES CERTIFICADOS

LABORATORIOS DE CALIBRACION

PATRONES DE EMPRESA

PATRONES DE EMPRESA

EQUIPOS


EQUIPOS DE TRABAJO

190

METODOS DE TRANSMISION COMPARACION CON AYUDA

DE UN COMPARADOR  COMPARACION DIRECTA

CON EL PATRON MEDICION DIRECTA MEDICION INDIRECTA

REQUERIMIENTOS PARA LOGRAR TRAZABILIDAD PATRONES DE MEJOR CALIDAD METROLOGICA - INCERTIDUMBRE - ESTABILIDAD - RESOLUCIÓN

PATRONES PRIMARIOS

EL CERTIFICADO DE CALIBRACION PATRONES DE REFERIRSE AL PATRON USADO EN LA CALIBRACION TRANSFERENCIA VIGENTE A LA FECHA DE LA CALIBRACION REFERIRSE AL METODO USADO EN LA CALIBRACION PATRONES DE TRABAJO

METODO DE CALIBRACION NORMADO O RECONOCIDO EN EL MEDIO O VALIDADO

MEDIOS DE MEDICION DE TRABAJO Ing. Luis Martinez S.

192

LOS PATRONES Y LA TRAZABILIDAD REQUERIMIENTOS DE LOS PATRONES: 

ESTABLES EN EL TIEMPO

 RESOLUCION

MEJOR QUE EL DEL EQUIPO

 INCERTIDUMBRE  LOS

MENOR QUE EL DEL EQUIPO

CRITERIOS DE ACEPTACION GENERALMENTE

ESTABLECIDOS EN LAS NORMAS TRAZABLES

A PATRONES NACIONALES O

INTERNACIONALES

REQUERIMIENTOS DEL CERTIFICADO 

VIGENTE A LA FECHA DE LA CALIBRACION

 REFERIRSE AL  INDICAR  USAR

PATRON USADO PARA LA CALIBRACION

CERTIFICADO DEL PATRON (Nro. Y FECHA)

METODOS NORMADOS, RECONOCIDOS O VALIDADOS Ing. Luis Martinez S.

193

JERARQUIA DE PATRONES PATRÓN INTERNACIONAL

• PATRÓN DESIGNADO AMPLIAMENTE RECONOCIDO • CON ALTAS CUALIDADES METROLOGICAS • VALOR ACEPTADO SIN REFERENCIA A OTROS

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------PAIS • PATRÓN RECONOCIDO A NIVEL NACIONAL PATRÓN NACIONAL • ESTABLECIDO POR COMPARACION CON PATRONES INTERNACIONALES

PATRÓN DE TRANSFERENCIA

• PATRÓN UTILIZADO COMO INTERMEDIARIO PARA

COMPARAR PATRONES

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------EMPRESA

PATRÓN DE REFERENCIA

• PATRÓN DE LA MAS ALTA CALIDAD EN UNA

PATRÓN DE TRABAJO

* PATRÓN UTILIZADO PARA REALIZAR CALIBRACIONES DE EQUIPOS Ing. Luis Martinez S. 194

LOCALIDAD O EN UNA EMPRESA

TIPOS DE PATRONES PRIMARIOS:

PATRÓN DESIGNADO O RECONOCIDO COMO EL DE MAYOR CALIDAD METROLOGICA

SECUNDARIO: PATRÓN CUYO VALOR ES ESTABLECIDO POR COMPARACION CON EL PATRÓN PRIMARIO DE TRANSFERENCIA: PATRÓN UTILIZADO COMO INTERMEDIARIO PARA COMPARAR PATRONES DE REFERENCIA: PATRÓN CON LA MAS ALTA CALIDAD METROLOGICA DISPONIBLE EN UN LUGAR DE TRABAJO: PATRÓN UTILIZADO PARA REALIZAR CALIBRACIONES O COMPROBAR LAS MEDIDAS MATERIALIZADAS, DE INSTRUM. DE MEDICIÓN O MATERIALES DE Ing. Luis Martinez S.

195

PATRONES METROLOGICOS REQUERIMIENTOS: 

ESTABLES EN EL TIEMPO

 RESOLUCIÓN

MEJOR QUE EL DEL EQUIPO

 INCERTIDUMBRE

AL MENOS 1/3 MENOR

QUE EL DEL EQUIPO  TRAZABLE A PATRONES

NACIONALES O

INTERNACIONALES  LOS

CRITERIOS DE ACEPTACIÓN GENERALMENTE

ESTABLECIDOS EN LAS NORMAS

TRATAMIENTO DENTRO DEL SISTEMA 

SUJETOS A CONTROL METROLOGICO IGUAL QUE LOS DEMÁS EQUIPOS



USO RESTRINGIDO SÓLO A CALIBRACIONES O VERIFICACIONES

 DEBEN CONSERVARSE

EN CONDICIONES CONTROLADAS Ing. Luis Martinez S.

196

MATERIALES DE REFERENCIA ES UN MATERIAL O SUSTANCIA CON VALORES DE SUS PROPIEDADES HOMOGENEOS Y DEFINIDOS, GENERALMENTE CERTIFICADOS , SE USA: PARA CALIBRAR EQUIPOS, EVALUAR O VALIDAR METODOS  ASIGNAR

VALORES A MATERIALES

REQUISITOS QUE DEBEN CUMPLIR HOMOGENEIDAD

ESTABILIDAD



TRAZABILIDAD



EXACTITUD



SIMILITUD CON LA MUESTRA



PROPIEDADES ANALITICAS Y METROLOGICAS

M±N

EXACTITUD: GRADO DE APROXIMACION AL VALOR VERDADERO O REFERENCIAL

PRECISIÓN: GRADO DE DISPERSION DE LOS RESULTADOS

TRAZABILIDAD: RELACION CON EL PATRON O MATERIAL DE REFERENCIA

INCERTIDUMBRE : INTERVALO DENTRO DEL CUAL SE ESPERA ESTE EL RESULTADO


198

EXPRESION DE RESULTADOS UNIDADES: DEBE EXPERSARSE PREFERENTEMENTE EN EL SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES, EXCEPTO CUANDO: EL CLIENTE, CONTRATO O EL MÉTODO LO EXIJA EN OTRAS UNIDADES FORMA DE EXPRESAR LOS RESULTADOS: COMO UN SOLO VALOR PUNTUAL O PROMEDIO DE VARIAS MEDICIONES COMO UN RANGO DENTRO DEL CUAL SE ESTIMA QUE ESTÁ EL VALOR UN PROMEDIO Y UNA TOLERANCIA (PRECISION O INCERTIDUMBRE) CUALITATIVO (NO ES EL CASO DE LA METROLOGIA)

CIFRAS SIGNIFICATIVAS : CUANDO SE REQUIERA REALIZAR CÁLCULOS  EVITAR REDONDEOS EN LAS ETAPAS INTERMEDIAS  EL PROMEDIO DEBE EXPRESARSE O REDONDEARSE CON UNA CIFRA SIGNIFICATIVA MÁS QUE EL VALOR INDIVIDUAL  SI SE CALCULA LA DESVIACION ESTANDAR (NIVEL DE VARIABILIDAD) DE LOS Ing. Luis Martinez S. 199

ERRORES EN UN SISTEMA DE MEDICION DE LOCALIZACION •

SESGO

• ESTABILIDAD • LINEALIDAD

DE DISPERSION • REPETIBILIDAD • REPRODUCIBILIDAD


200

LA TOLERANCIA Y LA MEDICION

± Uo

e error

Uo incertidumbre

To/2

LIE

To/2

TOLERANCIA DE LA MEDICION ± to Ing. Luis Martinez S.

LSE201

LA TOLERANCIA Y LA INCERTIDUMBRE D max= 101 mm

D min= 99 mm

Representación gráfica de la especificación del diámetro de un producto: 100 ± 1 mm

T= 2 mm X Intervalo de aceptación U = 0,3Xmm

2U=0,6 mm 2U=0,6 mm X X

Tolerancia del producto T = 2 mm Incertidumbre de la medición: U

99,3 mm

100,7 mm

X

98,7 mm

T - 2U = 1,4 mm Ing. Luis Martinez S.

Intervalo de aceptación

202

LAS MEDICIONES Y LA INCERTIDUMBRE ERROR (DE LA MEDICION) ERROR SISTEMATICO

ERROR ALEATORIO

ERROR SIST. CONOCIDO

CORRECCION

ERROR SIST. DESCONOCIDO ERROR PERMANENTE

RESULTADO

INCERTIDUMBRE

x

± s/t sn/ n X ± U ( x )


203

LABORATORIO DE METROLOGIA CONDICIONES DE REFERENCIA PARA UN LABORATORIO DE METROLOGIA (SNMINDECOPI) 

TEMPERATURA : 20°C ± 1°C HUMEDAD RELATIVA: 65% ± 2% ILUMINACION : 1 000 lux RUIDO : 15 dBA

MANTENIMIENTO DE EQUIPOS 

MANUAL DE SERVICIO  PROGRAMA DE MANTENIMIENTO  PROGRAMA DE CALIBRACION  CONDICIONES DE CONSERVACION

LA CALIDAD Y LA METROLOGIA

CALIDAD TOTAL

ASEGURAMIENTO DE LA CALIDAD ASEGURAMIENTO METROLOGICO


205

REQUERIMIENTO GENERAL ISO 9001

LOS EQUIPOS DE INSPECCION MEDICION Y ENSAYO DEBERAN SER UTILIZADOS DE MODO QUE SE ASEGURE QUE LA INCERTIDUMBRE DE LA MEDICION SEA CONOCIDA Y COMPATIBLE CON LA CAPACIDAD DE MEDICION REQUERIDA

REQUERIMIENTOS DE LA NORMA ISO 9001 LOS EQUIPOS SUJETOS A CONTROL METROLOGICO DEBEN : * ESTAR IDENTIFICADOS * TENER UN PROGRAMA DE CALIBRACION * LAS CALIBRACION DEBEN REALIZARSE CON PATRONES TRAZABLES A PATRONES NACIONALES * TENER REGISTROS DE LA CALIBRACION * PARA CALIBRACIONES EN LA EMPRESA, SE DEBE CONTAR CON METODOS ESCRITOS.


207

ASPECTOS A CONTROLAR PARA LA ISO 9001 * MEDICIONES: IDENTIFICAR LAS MEDICIONES A REALIZAR, INCLUYENDO: RANGO Y EXACTITUD REQUERIDAS. * CONDICIONES AMBIENTALES: IDENTIFICAR LOS FACTORES QUE INFLUYEN EN LA MEDICION Y CONTROLARLOS * CALIBRACIÓN: DEFINIR EL PROCESO DE CALIBRACIÓN PARA CADA EQUIPO (MÉTODO, FRECUENCIA, CRITERIOS DE ACEPTACION, ETC). CALIBRAR LOS EQUIPOS ANTES DE SU USO CON PATRONES TRAZABLES Y GENERAR LOS REGISTROS (INFORMES O CERTIFICADOS) * IDENTIFICACIÓN: LOS EQUIPOS SUJETOS A CONTROL DEBEN TENER UNA IDENTIFICACION ÚNICA (CODIGO) Y DEBEN TENER UNA ETIQUETA QUE IDENTIFIQUE SU ESTADO DE CALIBRACION * MANIPULEO Y CONSERVACION: LAS CALIBRACIONES Y MEDICIONES DEBEN REALIZARSE EN CONDICIONES CONTROLADAS * EVALUAR VALIDEZ DE LOS RESULTADOS: SI LOS EQUIPOS Ing. Luis Martinez S.

208

EL ASEGURAMIENTO METROLOGICO USUARIO REQUERIMIENTOS METROLOGICOS DEL EQUIPO SOLICITA SERVICIO

PROVEEDOR EVALUA REQUERIMIENTO PROVEEDOR DEL SERVICIO EVALUAD YCALIBRA EQUIPO

ENTREGA DE EQUIPO VERIFICA EQUIPO Y EVALUA CERTIFICADO RESPECTO A REQUERIMIENTOS

CERTIFICADO DE CALIBRACION

CERTIFICADOS METROLOGICOS Ing. Luis Martinez S.

209

Introduccion mecatronica

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