Unidad II: Sensores, Transductores y Transmisores
Sensor:
Se llama sensor al instrumento que produce una señal, usualmente eléctrica en la actualidad, (antiguamente se utilizaban señales hidráulicas), que refleja el valor de una propiedad, mediante alguna correlación definida.
Se clasifican:
Pueden ser de indicación directa o conectador a un indicador.
Según su aporte de energía pueden ser modulares o generadores.
Según su señal de salida pueden ser analógicos o digitales.
Según su principio físico pueden ser termoeléctricos, capacitivos, resistivos, inductivos, etc.
Transductor:
Es el instrumento o dispositivo capaz de transformar la energía disponible en una magnitud física dada en otra magnitud, física que el sistema pueda aprovechar para realizar su objetivo de medición y control. Se usan por ejemplo para pasar de magnitudes acondicionadas en presión a corriente o tensión y modernamente a variables digitales para buses de campo. También se podría llamar Transductor al conjunto Sensor Transmisor, pues toma la magnitud del proceso y la traduce a una variable normalizada para el sistema de control
Transmisor:
Los transmisores son instrumentos que convierten la salida del sensor en una señal suficientemente fuerte como para transmitirla al controlador o a otro aparato receptor.
Las señales de salida del transmisor pueden ser neumáticas, eléctricas o digitales
Medición De Presión
La medición y el control de presión son las variables de proceso más usadas en los más distintos sectores de la industria de control de procesos. Además, a través de la presión se puede inferir fácilmente una serie de otras variables, tales como, nivel, volumen, flujo y densidad.
Presión es aquella fuerza aplicada sobre un área definida. Presión=FuerzaÁrea
Sensores utilizados en la medición de presión
Por lo general los sensores se clasifican según la técnica utilizada en la conversión mecánica de la presión en una señal electrónica proporcional. Todas las tecnologías tienen un solo objetivo, que es transformar la presión aplicada en un sensor en señal electrónica proporcional a la misma:
Capacitancia Variable (Capacitivos)
Piezo-resistivo (Strain Gauge)
Potenciométrico
Piezo-eléctrico
Reluctancia Variable
Resonante
Óptico
Otros
1) Piezo-resistivo o Strain Gage
La piezo-resistividad se refiere al cambio de la resistencia eléctrica con la deformidad/contracción como resultado de la presión aplicada. En su gran mayoría son formados por elementos cristalinos (strain gage) interconectados en puente (wheatstone) con otros resistores que suministran el ajuste de cero, la sensibilidad y la compensación de temperature. El material de construcción varía según el fabricante y actualmente son comunes los sensores de estado sólido.
Desventajas: banda limitante de temperatura operativa, aplicable en bandas de presión baja por generaren una señal muy baja de excitación, muy instable.
Actualmente existe el llamado "Film Transducer", lo cual es construido con la deposición de vapor o la inyección de elementos strain gage directamente en un diafragma, lo que minimiza la instabilidad debida al uso de adhesivos en las ligas de los modelos "Bonded Wire". La gran ventaja es que produce una señal electrónica de nivel más alto, pero que en altas temperaturas son totalmente vulnerables, pues la temperatura afecta el material adhesivo utilizado al pegar el silicio al diafragma.
Diversas técnicas basadas en la fabricación de sensores de silicio piezo-resistivo (silicon substrate) vienen surgiendo, pero sus señales son susceptibles a degradación debido a la temperatura y exigen circuitos complicados para compensación, minimización del error y sensibilidad del cero. Son totalmente inviables en aplicaciones sujetas a altas temperaturas por largos períodos, pues la difusión degrada los substratos en temperaturas muy altas.
2) Piezo-eléctrico
El material piezo-eléctrico es un cristal que produce una tensión diferencial proporcional a la presión aplicada a el en sus caras: quartzo, sal deRochelle, titanio de bario, turmalina etc. Este material acumula cargas eléctricas en ciertas áreas de su estructura cristalina, cuando sufren una deformidad física, por acción de una presión. La piezo-electricidad fue descubierta por Pierre y Jacques Curie en 1880.
La relación entre la carga eléctrica y la presión aplicada al cristal es prácticamente lineal:
q = Sq x Ap
p - presión aplicada, A - área del electrodo, Sq – sensibilidad,
q - carga eléctrica, C – capacidad del cristal, Vo - tensión de salida
3) Resonantes
Poseen en general el principio de la tecnología conocida como "vibrating wire". Un resorte de hilo magnético es anejada al diafragma que, al ser sometido a un campo magnético y ser recorrido empieza a oscilar. La frecuencia de oscilación es proporcional al cuadrado de la tensión (expansión/compresión) del hilo. En el sensor de Silicio Resonante no se usa hilo pero el silicio para resonar con diferentes frecuencias que son funciones del tipo 1/f2 de la expansión/compresión. El sensor es formado por una cápsula de silicio ubicada en un diafragma que vibra al se aplicar un diferencial de presión y la frecuencia de vibración depende de la presión aplicada. Algunos sensores resonantes necesitan técnicas de compensación de temperatura vía hardware/software complicadas, aumentando el número de componentes, lo que significa más placas electrónicas en algunos equipos..
4) Capacitivos
Estos son los sensores más confiables y que fueran usados en millones de aplicaciones. Se basan en transductores donde la presión aplicada a diafragmas sensores produce una variación de la capacitancia entre ellos y un diafragma central, por ejemplo. Esta variación es usada principalmente para variar la frecuencia de un oscilador o usada como elemento de un puente de capacitares. Esta variación de capacitancia es usada para variar la frecuencia de un oscilador. La frecuencia puede medirse directamente por la CPU y convertida en presión. En este caso no existe conversión A/D, lo que contribuye a la exactitud y a la eliminación de drifts embutidos en las conversiones analógicas y digitales. Téngase en cuenta que este principio de lectura totalmente digital es utilizado por Smar desde la década de 80, como la única compañía brasileña y una de las pocas en el mundo a fabricar este tipo de sensor. Poseen respuestas lineales prácticamente insensibles a variaciones de temperatura, siendo los más indicados a instrumentación y control de procesos por su excelente performance en estabilidad, temperatura y presión estática. Algunas de sus ventajas son:
Ideales para aplicaciones de baja y alta presión.
Minimizan el Error Total Probable y consecuentemente la variabilidad del proceso.
Ideales para aplicaciones de flujo.
Por su respuesta lineal, permite alta flexibilidad y exactitud.
5) Ópticos
La sensibilidad de los sensores de fibra, o sea, el disturbio menos intenso que se puede medir puede depender de:
Variaciones infinitesimales en algún parámetro de caracterización de la fibra óptica usada cuando la fibra es el propio elemento sensor;
Cambios en las propiedades de la luz usada, cuando la fibra es el canal a través del cual la luz va y vuelve desde el sitio bajo prueba.
Los sensores a fibras ópticas son compactos y presentan sensibilidad comparable a los similares convencionales. Los sensores de presión son construidos con una membrana móvil en una de las extremidades de la fibra. Algunas ventajas de estos sensores son: alta sensibilidad, tamaño reducido, flexibilidad y resistencia, poco peso, larga vida útil, larga distancia de transmisión, baja reactividad química del material, son ideales para funcionar en ambientes de alta tensión, inmunidad electromagnética, señales multiplexados, o sea, una única fibra puede producir docenas de instrumentos, y puede medir vibración, presión, temperatura, flujo multifásico, deformación, etc.
Una técnica utilizada en la construcción de sensores ópticos es el Interferómetro Fabry-Perot, un dispositivo usado por lo general en mediciones de larguras de ondas con alta precisión, donde esencialmente dos espejos parcialmente reflectores de vidrio o cuarzo se alinean y se obtiene el contraste máximo y mínimo de franjas entre ellos por variación mecánica. Esta variación de distancia también podría generarse por presión y, con eso, tendríamos un sensor de presión.
Equipos Industriales para Medición de Presión
Entre los distintos equipos utilizados en la industria para medir presión se subrayan dos: el manómetro y el transmisor de presión.
El manómetro es usado para lectura de presión y tienen normalmente una conexión al proceso y un display (cuando electrónico) o puntero (cuando mecánico) para que se pueda leer la presión localmente. Por lo general son dispositivos de bajo costo y se usan cuando la presión no necesita transmitirse a un sistema de control y también no se necesita de exactitud. Por ejemplo, presión estática, presión de bomba, etc. Existen también modelos diferenciales, vacuómetros, sanitarios, etc.
Un transmisor de presión inteligente reúne la tecnología de sensor a su propia electrónica.
Típicamente debe proveer las siguientes características:
Señal digital de salida;
Interfaz de comunicación digital (HART/4-20mA, Foundation Fieldbus, Profibus-PA);
Compensación de presión y temperatura;
Estabilidad;
Debe permitir calibración fácil;
Re-rangecon y sin referencia;
Autodiagnósticos;
Fácil instalación y calibración;
Alta confiabilidad;
Bajos costos y tiempos cortos de instalación y mantenimiento;
Reducción de intrusión/penetración (proceso);
Ahorro de espacio en la instalación;
Permitir actualización para la tecnología Foundation Fieldbus y Profibus PA;
Recursos de interfaz EDDL y FDT/DTM;
Protector de transientes, sin polaridad de alimentación;
Traba física para transferencia de custodia, etc.
Algunos puntos que necesitan la atención de los usuarios para no pagar más por algo que no van a usar o que su aplicación no necesita:
Exactitud & Rangeabilidad: si hay necesidad de equipos con tales requisitos, examinen las fórmulas de exactitud y vean que la exactitud no es divulgada en toda la banda. Vean también otras características, tales como el tiempo de respuesta, totalización, bloque de PID, etc, que pueden ser más útiles en sus aplicaciones.
Protección a la inversión: verifiquen el precio de los repuestos, la intercambialidad entre modelos, la simplicidad de especificación, actualización para otras tecnologías (Fieldbus Foundation, Profibus PA), suministro de servicios, soporte técnico, plazo de reposición, etc. Estos son factores que pueden perjudicar la disponibilidad de la fábrica.
LD400 – Transmisor de Presión HART/4-20mA con sensor capacitivo, placa electrónica única, alta performance (el transmisor con el mejor tiempo de respuesta del mercado).
Los transmisores de presión microprocesados tienen la gran ventaja de posibilitar mejor interacción con el usuario, con interfaces de fácil utilización. Además, sus características de autodiagnosis facilitan la identificación de problemas. Con el advenimiento de las redes fieldbus, es posible extraer los beneficios de la tecnología digital al máximo. Estos transmisores tienen mejor exactitud, estabilidad electrónica superior a los modelos analógicos, además de facilitar ajustes y calibraciones. La tecnología digital también permite que se implementen poderosos algoritmos a favor de performance y exactitud de medición y de monitoreo en línea de toda la vida del equipo.
Ejemplos de Aplicaciones Típicas con el Transmisor de Presión
En seguida vienen ejemplos típicos de aplicaciones con el transmisor de presión. Para mas detalles sobre cada aplicación consulte las publicaciones disponibles en las referencias del artículo. Téngase en cuenta que la instalación correcta garantiza el mejor aprovechamiento y desempeño de los equipos.
Medición de niveles de líquidos
Medición de flujo
Medición de flujo usando el tubo de Pitot
Placa de Orificio
Como Especificar Transmisores de Presión
Especificaciones incompletas o aún con datos inconsistentes son muy comunes en la documentación para compra de transmisores de presión. En la primera mirada parecen artículos simples de un proyecto, pero los detalles son numerosos y, si especificados incorrectamente, podrán generar perjuicio durante el montaje o la operación, que podrá ser mayor que los valores de los equipos en cuestión.
Este tópico busca clarificar algunas cuestiones fundamentales del proceso de especificación de transmisores de presión.
¿Qué se pretende medir?
Presión manométrica, presión absoluta, presión diferencial; otras grandezas inferidas a partir de mediciones de presión (flujo, nivel, volumen, fuerza, densidad, etc.).
Vale subrayar que las mediciones de presión abajo de la atmosférica no necesitan forzosamente transmisores de presión absoluta. Los transmisores de presión absoluta son recomendados solamente para evitar las influencias de la presión atmosférica. Esa influencia solo será crítica cuando se medir presiones muy cercanas (arriba o abajo) de la presión atmosférica. En los demás casos pueden emplease sin problemas los transmisores de presión manométrica.
¿Para qué medir la presión?
Por lo general se mide la presión para control o monitoreo de procesos, por protección (seguridad), control de calidad, transacciones comerciales de fluidos (transferencias de custodia, medición fiscal, estudio e investigación, balances de masa y energía.
Esos objetivos deben ser tenidos en cuenta en la elección de los equipos. Quesitos más rigurosos de desempeño tales como exactitud, límites de sobrepresión y presión estática, estabilidad y otros, pueden cargar sin necesidad el proyecto. Todos los fabricantes suministran al mercado más de una versión de transmisores con características técnicas distintas y, obviamente, precios también distintos.
¿Cual es el fluido del proceso?
El proveedor deberá ser informado de las características del fluido. Por lo general el fabricante podrá recomendar materiales o conexiones especiales. Téngase en cuenta que la decisión final tocará al usuario o a la compañía de ingeniería encargada. Algunos datos del fluido del proceso son fundamentales al elegirse el transmisor:
Estado (líquido, gas, vapor): define la posición de la válvula de escape;
Presión máxima del proceso: es importante para evaluación de los límites de sobrepresión y presión estática del transmisor;
Temperatura máxima del proceso: se podrá determinar para uso de sellos remotos o solo para mantener una distancia mínima en la línea de impulse (tubing).
Protocolos de comunicación
Los más comunes son4-20 mA + HART, Foundation Fieldbus y Profibus PA.
Algunos fabricantes proveen transmisores que cambia su versión de protocolo a través de la simple sustitución de la placa de circuito electrónico o solo del firmware y se pueden usar en distintos sistemas.
Medición De Nivel Y Densidad
Los dos parámetros que tienen mayor influencia en la selección de la tecnología para la medición de nivel son la presión y temperatura, pero existen otros factores a tener en cuenta:
Variable requerida (masa, densidad,…)
Precisión en la medida
Características del tanque
Condiciones ambientales
Características del producto
Requerimientos en instrumentación, incluyendo precisión, certificaciones, alimentación, etc...
Selección de Medidores de Nivel
Los dos parámetros que tienen mayor influencia en la selección de la tecnología para la medición de nivel son la presión y temperatura, pero existen otros factores a tener en cuenta:
Variable requerida (masa, densidad,…)
Precisión en la medida
Características del tanque
Condiciones ambientales
Características del producto
Requerimientos en instrumentación, incluyendo precisión, certificaciones, alimentación, etc...
Clasificación de Medidores de Nivel
Los medidores de Nivel Pueden clasificarse como:
Medidores de Nivel de Líquidos
Medidores de Nivel de Sólidos
Adicionalmente también se puede clasificar por el tipo de medición
Medición de Nivel Continua
Medición de Nivel por Detección Límite o de Punto Fijo
MEDICIÓN DE NIVEL DE LÍQUIDOS
1.- Medición Directa
Medidor de Sonda
Medidor de Cinta y Plomada
Medidor de Nivel de Cristal
Medidor de Flotador
2.- Medición de Presión Hidrostática o Fuerza
Medidor Manométrico
Medidor de Membrana
Medidor de Tipo burbujeo
Medidor de Presión diferencial de diafragma
Medidor por Desplazamiento
3.- Medición de Características eléctricas del líquido
Medidor Conductivo
Medidor Capacitivo
Medidor Ultrasónico
Medidor por Radiación
Varilla o sonda:
Varilla o regla graduada, de longitud conveniente para introducirla dentro del depósito.
El nivel se determina por la lectura directa de la longitud mojada por el líquido.
En el momento de la lectura el tanque debe estar abierto a presión atmosférica.
Cinta y plomada:
Consta de una cinta graduada y un plomo en la punta.
Se emplea cuando es difícil que la varilla tenga acceso al fondo del tanque.
También se usa midiendo la distancia desde la superficie del líquido hasta la parte superior del tanque.
Visor de Vidrio:
Tubo de vidrio con su extremo inferior conectado al tanque generalmente mediante tres válvulas (dos de cierre de seguridad en los extremos del tubo, para impedir el escape del líquido en caso de rotura del cristal y una de purga).
Funciona por el principio de vasos comunicantes.
El nivel de vidrio va acompañado de una regla graduada.
Se emplea para presiones hasta 7 bar. A presiones más elevadas el vidrio es grueso, de sección rectangular y está protegido por una armadura metálica.
Flotador, Escala y Contrapeso:
Consiste en un flotador ubicado en el seno del líquido y conectado al exterior del tanque, indicando directamente el nivel sobre una escala graduada. Es usado en tanques de capacidad grande. El flotador debe mantenerse limpio. El flotador, sigue el movimiento del nivel de líquido.
Tienen una precisión de 0,5 %. Son adecuados en la medida de niveles en tanques abiertos y cerrados a presión o a vacío.
El flotador puede trabarse en el tubo guía por 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.
MEDICIÓN POR PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Manométrico:
Es un manómetro conectado en la parte inferior del tanque y que mide la presión debida a la altura de líquido entre el nivel del tanque y el eje del instrumento. Sólo sirve para fluidos limpios, ya que los líquidos sucios pueden hacer perder la elasticidad del fuelle. La medición está limitada a tanques abiertos y el nivel viene influido por las variaciones de densidad del líquido.
Membrana:
Usa una membrana conectada al instrumento receptor por un tubo estanco.
El peso de la columna de líquido sobre el área de la membrana comprime el aire interno a una presión igual a la ejercida por la columna de líquido.
Burbujeo:
Mediante un regulador de caudal se hace pasar por un tubo (sumergido en el depósito hasta el nivel mínimo), un pequeño caudal de aire o gas inerte hasta producir una corriente continúa de burbujas.
La presión requerida para producir el flujo continuo de burbujas es una medida de la columna de líquido. Este sistema es muy ventajoso en aplicaciones con líquidos corrosivos o con materiales en suspensión, ya que el fluido no penetra en el medidor ni en la línea de conexión.
MEDICIÓN POR PRESIÓN DIFERENCIAL
El Medidor de Presión Diferencial
Consiste en un diafragma en contacto con el líquido del tanque, que permite medir la presión hidrostática en un punto del fondo.
En un tanque abierto, esta presión es proporcional a la altura del líquido en ese punto y a su peso específico. El diafragma forma parte de un transmisor neumático o electrónico de presión diferencial.
La precisión de los instrumentos de presión diferencial es bastante buena.
El material del diafragma debe ser compatible con el fluido que se encuentra en el tanque.
MEDICIÓN POR DESPLAZAMIENTO
Está basado en el Principio de Arquímedes. Consiste en un flotador parcialmente sumergido en el líquido y conectado mediante un brazo a un tubo de torsión, unido al tanque. Dentro del tubo y unido a su extremo libre hay una varilla que transmite el movimiento de giro a un transmisor exterior al tanque. El ángulo de rotación del extremo libre del tubo de torsión es función directa de la fuerza aplicada. Al subir el nivel, el líquido ejerce un empuje sobre el flotador igual al volumen de la parte sumergida multiplicada por la densidad del líquido, tendiendo a neutralizar su peso propio, así que el esfuerzo medido por el tubo de torsión será muy pequeño.
Puede usarse en tanques abiertos y cerrados, a presión o a vacío, con una buena sensibilidad, pero presenta el inconveniente del riesgo de depósitos de sólidos o de crecimiento de cristales en el flotador que afectan a la precisión de la medida).
MEDICIÓN POR CARACTERISTICAS ELECTRICAS DEL LÍQUIDO
El Medidor de Nivel Conductivo
Consiste en uno o varios electrodos y un relé eléctrico o electrónico que es excitado cuando el líquido moja a dichos electrodos.
El relé electrónico dispone de un temporizador de retardo que impide su enclavamiento ante una ola del nivel del líquido o ante cualquier perturbación momentánea o bien en su lugar se disponen dos electrodos poco separados enclavados eléctricamente en el circuito.
Se usa como alarma o control de nivel alto y bajo, utiliza relés eléctricos o electrónicos, en función de la conductividad del líquido.
Es versátil, sin partes móviles, su campo de medida es grande, con la limitación física de la longitud de los electrodos. El líquido contenido en el tanque debe tener un mínimo de conductividad
Medidor Capacitivo
Mide la capacidad del condensador formado por el electrodo sumergido en el líquido y las paredes del tanque.
La capacidad del conjunto depende linealmente del nivel del líquido.
En fluidos no conductores se emplea un electrodo normal y la capacidad total del sistema se compone de la del líquido, la del gas superior y la de las conexiones superiores. En fluidos conductores el electrodo está aislado usualmente con teflón interviniendo las capacidades adicionales entre el material aislante y el electrodo en la zona del líquido y del gas.
También se usan como interruptores de nivel.
Medidor Ultrasónico
Se basa en la emisión de un impulso ultrasónico a una superficie reflectante y la recepción del eco del mismo en un receptor. El retardo en la captación del eco depende del nivel del estanque.
El tiempo entre emisión y recepción es inversamente proporcional al nivel
El tiempo depende de la Tº ==> compensar medidas
Evitar obstáculos en el recorrido de las ondas
Sensibles al estado de la superficie del líquido (espumas)
Medidores de Nivel por Radiación
Consiste en un emisor de rayos gamma montado verticalmente en un lado del estanque y con un contador que transforma la radiación gamma recibida en una señal eléctrica de corriente continua.
Como la transmisión de los rayos es inversamente proporcional a la masa del líquido en el estanque, la radiación captada por el receptor es inversamente proporcional al nivel del líquido ya que el material absorbe parte de la energía emitida.
MEDIDOR DE NIVEL DEL TIPO RADAR
Los sensores de radar miden distancias de forma continua y sin contacto.
Requieren de poco mantenimiento. Asimismo son prácticamente insensibles a la atmósfera del proceso controlado (vapor, presión, polvo o temperaturas extremas).
Los instrumentos de radar miden el tiempo de recorrido de un impulso de radar desde su emisión hasta su recepción. Este tiempo de recorrido es proporcional a la distancia y por tanto al nivel del producto.
Al contrario de la medida por ultrasonidos, las señales de radar no están ligadas por un medio que las transmita, y se propagan a la velocidad de la luz (300 000 000 m/s). Los sensores de radar emiten generalmente señales de 6 a 26 GHz
El transmisor emite señales de radar en forma de impulsos de microondas reflectados por dos materiales con constantes dieléctricas diferentes (el entorno del sensor y el producto). Los impulsos se emiten con una frecuencia de repetición fija. Un receptor interno recoge los impulsos de radar reflectados (eco) y utiliza el tiempo de recorrido del impulso (emisión / recepción) para calcular la distancia y por tanto el nivel. Los impulsos de radar reflejados se convierten en un cuadro del eco. Con el análisis del cuadro el instrumento determina la distancia entre el producto y el punto de referencia en el instrumento
Medición De Flujo
Fluido: Sustancia que se deforma continuamente al ser sometida a una fuerza tangencial, de tal manera que adopta espontáneamente la forma del recipiente que lo contiene.
Flujo: Fluido en movimiento, debido a una diferencia de presiones.
Tipos De Flujo
Flujos Abiertos: canales abiertos, ríos
Flujos Cerrados: tuberías
Flujos Laminares
Flujos Turbulentos
Flujos Cavitantes
FACTORES PARA LA ELECCIÓN DEL TIPO DE MEDIDOR DE FLUIDO
Intervalo de medición
Exactitud y precisión requerida
Pérdida de presión
Tipo de fluido
Tipo de medición
Calibración y configuración
Medio ambiente
Lugar de ubicación
VARIABLES FISICAS APLICABLES
En función del fluido y el tipo de caudal (volumétrico o másico) que se desea medir, se pueden agrupar los sensores por la variable física a transformar para la medición:
Mediciones volumétricas:
Presión diferencial
Área Variable (Rotámetro)
Velocidad (Turbinas)
Tensión Inducida (Medidor Magnético)
Ultrasonido
Vórtex
Mediciones másicas:
Compensación de presión y temperatura.
Fuerza de Coriolis
TIPOS DE MEDIDORES DE FLUJO VOLUMETRICO
MEDIDORES DE PRESIÓN DIFERENCIAL
*Placa de Orificio, Tobera o Boquilla de Flujo, Tubo de Venturi, Tubo de Pitot, Tubo Anubbar
MEDIDORES DE ÁREA VARIABLE
*Rotámetro
MEDIDORES DE VELOCIDAD
*Turbina, Transductores ultrasónicos
MEDIDORES DE FUERZA
* Medidor de Placa
MEDIDORES DE TENSIÓN INDUCIDA
*Medidor magnético de caudal
MEDIDORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
*Disco y Pistón oscilante, Pistón alternativo, rotativos, etc.
MEDIDORES DE TORBELLINO Y VÓRTEX
MEDIDOR OSCILANTE
PLACAS DE ORIFICIO
Cuando una placa de orificio se coloca en forma concéntrica dentro de una tubería, ésta provoca que el flujo se contraiga de repente conforme se aproxima al orificio y después se expande de repente al diámetro total de la tubería. La corriente que fluye a través del orificio forma una vena contracta y la rápida velocidad del flujo resulta en una disminución de presión hacia abajo desde el orificio.
ALGUNOS TIPOS DE PLACAS DE ORIFICIO
La concéntrica: sirve para líquidos
La excéntrica: para los gases
La segmentada cuando los fluidos contienen un pequeño porcentaje de sólidos y gases disueltos.
BOQUILLA O TOBERA DE FLUJO
Es una contracción gradual de la corriente de flujo seguida de una sección cilíndrica recta y corta.
La tobera permite caudales 60% superiores a los de placa-orificio en las mismas condiciones de servicio.
Su pérdida de carga es de 30 a 80% de la presión diferencial.
Puede emplearse para fluidos que arrastren sólidos en pequeña cantidad.
La precisión es del orden de +/-0.95 a +/-1.5%.
TUBO DE VENTURI
Es una tubería corta recta, o garganta, entre dos tramos cónicos. La presión varía en la proximidad de la sección estrecha; así, al colocar un manómetro o instrumento registrador en la garganta se puede medir la caída de presión y calcular el caudal instantáneo.
Permite la medición de caudales 60% superiores a los de la placa orificio en las mismas condiciones de servicio y con una pérdida de carga de solo 10 a 20% de la presión diferencial.
Posee una gran precisión y permite el paso de fluidos con un porcentaje relativamente grande de sólidos, si bien los sólidos abrasivos influyen en su forma afectando la exactitud de la medida.
El coste del tubo de Venturi es elevado, su precisión es del orden de +/-0.75%.
TUBO PITOT.
Tubo hueco colocado de tal forma que los extremos abiertos apuntan directamente a la corriente del fluido. La presión en la punta provoca que se soporte una columna del fluido.
El fluido dentro de la punta es estacionario o estancado llamado punto de estancamiento.
EL TUBO ANNUBAR
Es una variante del tubo de Pitot que dispone de varias tomas, a lo largo de la sección transversal, con lo que se mide la presión total en varios puntos, obteniendo la media de estos valores y evitando el error que produce el tubo de Pitot.
ROTÁMETRO (AREA VARIABLE)
La aplicación del teorema de Bernoulli y del principio de conservación del caudal, puede hacerse igualmente de manera recíproca a la vista anteriormente.
Es decir, se puede hacer variable la sección del paso del fluido y mantener constante la diferencia de presión entre ambos lados de una obturación.
El tubo utilizado tiene una conicidad uniforme y un obturador ranurado, dispuesto en el interior, que es arrastrado por el fluido al que se opone con su peso. El fluido circula de abajo para arriba.
En el paso de un flujo laminar a uno turbulento, la resistencia que ofrece el cuerpo crece abruptamente, pasando su proporcionalidad de v a v2.
Esta condición establece el límite de linealidad del rotámetro, por lo que en su selección debe quedar claramente definido el rango de trabajo posible.
El cuerpo flotante generalmente tiene perforaciones para generar la rotación del cuerpo, para que le otorgue mayor estabilidad (efecto giroscópico) y no se desestabilice variando el área de paso hacia un lado del flujo.
Medición De Temperatura
La temperatura es una de las principales variables que afectan el curso de los procesos químicos, por tal razón esta variable debe ser medida con la mayor exactitud posible para poder controlarla adecuadamente.
Dentro de los principales instrumentos que se utilizan para la medición de temperatura se tiene:
Termocuplas. Se basan en el hecho de que una corriente del orden de milivoltios fluye en un circuito continuo de dos alambres metálicos diferentes. La señal varía con la temperatura de la "juntura caliente". Las termocuplas de hierro-constantan son comúnmente usadas en el rango de temperatura de 0 a 1300 oF.
Termómetros de resistencia. Se basan en el hecho de que los metales cambian su resistencia eléctrica cuando se someten a un cambio de temperaturas.
Termómetros llenos. Los Termómetros de sistema lleno se diseñan para proporcionar una indicación de la temperatura a cierta distancia del punto de medición. El Elemento sensible o medición (bulbo o ampolla) tiene un gas o un liquido que cambia de volumen, presión o presión de vapor con la temperatura. Este cambio se comunica por medio de un tubo capilar al Tubo de Bourdon u otro dispositivo sensible a la presión y el volumen.
Estos dispositivos debido a su simplicidad se utilizan con frecuencia en los procesos industriales.
Termómetros bimetálicos. El Bimetal termostático se define como un material compuesto que consta de tiras de dos ó más metales unidos entre sí. Debido a los diferentes índices de expansión de sus componentes, Esta composición tiende a cambiar de curvatura cuando se somete a una variación de temperatura.
Los Termostatos Bimetálicos se destinan a utilizarse a temperaturas que oscilan entre 1000º F hasta –300º F e incluso a niveles inferiores.
Termómetros de liquido en capilares de vidrio. Las tres formas de Termómetros de liquido en capilares de vidrio son:
1. Los Totalmente hechos de vidrio (de cuello grabado o de escala cerrada).
2. De Tubo y Escala.
3. Industriales.
Estos termómetros no se utilizan en sistemas de control automático pero si se utilizan profundamente como dispositivo de medición para el control manual y en laboratorios de control.
Pirómetros. "Pirometría de Radiación", es la determinación de la temperatura de un objeto por medio de la cantidad y la naturaleza de la energía que irradia.
Estos dispositivos se clasifican en:
1. Pirómetros ópticos; basados en la brillantez de un objeto caliente.
2. Pirómetros de Radiación; miden el índice de emisión de energía por unidad de área
La respuesta dinámica de la mayoría de sensores es usualmente mucho más rápida que la dinámica del proceso mismo. Los sensores de temperatura son una notable y a veces problemática excepción. La constante de tiempo de una termocupla y un termómetro lleno pueden ser 30 segundos o más. Si el termómetro esta revestido con polimero u otro material, el tiempo de respuesta puede ser varios minutos. Esto puede significar degradación en la operación de control.
