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1. Instrumentación Industrial
Profesor(a): Elybe Hernández
Tema 2 Sensores

2. Contenido
Sensores y principios de medición
• Conceptos básicos
• Medición de nivel
• Medición de presión
• Medición de temperatura
• Medición de flujo

3. En el campo de la medición y la instrumentación se utlizan muchos
sensores y transductores, una vez mas es necesario hacer algunas
aclaraciones al respecto:
Un transductor es un dispositivo que transforma un tipo de
energía de entrada en otro de tipo diferente de energía de
salida. Como podemos apreciar un dispositivo como este
considera una entrada y una salida y una transformación de
energía.
Un sensor es un dispositivo que pertenece al conjunto de los
transductores pero con una característica particular, este
tiene una energía de salida eléctrica. Esto significa que la
energía de entrada puede ser de diferente indole pero la
salida siempre será una variable eléctrica.
Los sensores y sus circuitos asociados son utilizados para
medir varias propiedades físicas tales como la temperatura,
fuerza, flujo, intensidad de luz, etc. Estas propiedades físicas
actuan como el estimulo para el sensor y la salida del sensor
es acondicionada y procesada para proporcionar la
correspondiente medición de la propiedad física.

5. El tipo de variable medida
• Mecánicos
• Eléctricos
• Magnéticos
• Térmicos
• Acústicos
• Ultrasonido
• Químicos
• Ópticos
• Radiación
• Laser
El nivel de integración
• Discretos
• Integrados
• Inteligentes
El rango de valores de salida
• On/off
• De medida
El tipo de señal de salida
• Digitales
• Análogos
• temporales
Su principio de funcionamiento
Activos Pasivos

6. " La Temperatura es una manifestación del promedio de energía cinética, ondulatoria y de
traslación de las moléculas de una sustancia".
Las unidades de temperatura son establecidas en cinco escalas arbitrarias: escala Farenheit °F,
escala Centigrada °C, escala Kelvin K, escala Rankine °R y escala Reamur °R
La conversión más común es de °C a °F. C= (°F-32)/1.8
°F=1.8 °C +32
°
De este modo, se emplean los siguientes instrumentos: termómetros de vidrio, termómetros
bimetálicos, elementos primarios de bulbo y capilar rellenos de líquido, gas o vapor, termómetros
de resistencia, termopares, pirómetros de radiación, termómetros ultrasónicos y termómetros de
cristal de cuarzo.
Las medidas de temperatura para su transmisión remota se producen
como consecuencia de una serie de fenómenos que a continuación
enumeramos:
– Efecto “Seebeck” (Generación de una f.e.m. por el efecto de variación
de la tra. entre un bimetal o termopar).
– Efecto “Peltier” (efecto contrario al Seebeck, al generar una corriente en
un bimetal, se desprende calor).
– Efecto “Thomson” (diferencia de densidad de electrones en diferentes
puntos de un hilo a distinta temperatura).
Así como se utilizan diversos fenómenos, tales como: – Variaciones en volumen o estado de
cuerpos (termómetros de mercurio, gases, etc.). – Variación de la resistencia de un conductor
(termorresistencias). – Variación de la resistencia de un semiconductor (termistores). – F.e.m.
creada en la unión de dos bimetales (termopares). – Intensidad de radiación (pirómetros
ópticos).

7. Escala Cero
Absoluto
Fusión del
Hielo
Evaporación
Kelvin 0°K 273.2°K 373.2°K
Rankine 0°R 491.7°R 671.7°R
Reamur -218.5°Re 0°Re 80.0°Re
Centígrada -273.2°C 0°C 100.0°C
Fahrenheit -459.7°F 32°F 212.0°F

8. La detección, medición y control de temperatura en procesos
industriales es deseada en los siguientes casos:
Control de reacciones químicas sensibles a la
temperatura.
Operación de equipos, como torres de destilación,
tanques de almacenamiento, mezcladores, torres de enfriamiento,
cristalizadores, etc.
Monitoreo del funcionamiento de equipo rotatorio, para prevenir
calentamiento, como turbinas, compresores, bombas y motores en
general.
Control de temperatura de productos y límites de planta.
En operaciones que involucran transferencia de calor, como los
intercambiadores de calor, hornos, rehervidores, evaporadores o
calderas.

9. Los instrumentos de temperatura utilizan diversos
fenómenos que son influidos por la temperatura:
a) Variaciones en volumen o en estado de los cuerpos
(Termómetros de vidrio y bimetálicos, sistemas
termales);
b) Variación de resistencia de un conductor (Bulbos de
resistencia RTD, termistores);
c) Generación de una f.e.m. creada en la unión de dos
metales distintos (termopares);
d) Intensidad de la radiación total emitida por el cuerpo
(pirómetros de radiación);
e) Otros fenómenos utilizados en laboratorio (velocidad
del sonido en un gas, frecuencia de resonancia de un
cristal, etc.)

11. Termómetros de vidrio
El termómetro de líquido encerrado son los más familiares y constan de un depósito de
vidrio que contiene, por ejemplo, mercurio y que al calentarse se expande y aumenta su
volumen en el tubo capilar.
Su bulbo, relativamente grande en la parte más baja del termómetro, contiene la mayor
cantidad del líquido, el cual se expande cuando se calienta y sube por el tubo capilar
en el cual se encuentra grabada una escala apropiada con marcas. Los líquidos más
usados son alcohol y mercurio.
El mercurio no puede usarse debajo de su punto de congelación de -38.78°F (-37.8°C) y
por arriba de su punto de ebullición a 357 oC, con la ventaja de ser portátil.

12. Mercurio...........................................................-35 hasta +280 ºC
Mercurio (tubo capilar lleno de gas).................-35 hasta+450 ºC
Pentano...........................................................-200 hasta +20 ºC
Alcohol............................................................-110 hasta +50ºC
Tolueno.......................................................... -70 hasta +100ºC
El alcohol tiene un coeficiente de expansión más alto que el del mercurio pero esta
limitado a mediciones de baja temperatura, hasta -110 oC, debido a que tiende a hervir
a temperaturas altas, su punto de ebullición es a 78 oC.
Termómetros de vidrio

13. Termómetro bimetálico
Los termómetros bimetálicos se basan en el coeficiente de dilatación de dos metales
diferentes, tales como latón, monel o acero y una aleación de ferroníquel o Invar laminados
conjuntamente. La diferencia en la relación de coeficiente de expansión de cada metal provoca que
el elemento bimetálico se doble. Las láminas bimetálicas van unidas y pueden ser rectas o
curvas, formando espirales o hélices.
Fixed End
Free End Attached to
Pointer Shaft
Rotating Shaft
5 6
7
8
9
10
4
3
2
1
0
Bulbo
Extremo libre
conectado al
eje del indicador
Extremo fijo
Eje giratorio
FREE END
FIXED END
HIGH
EXPANSION
COEFFICIENT
LOW
EXPANSION
COEFFICIENT
FREE END
FIXED END
EXTREMO LIBRE
EXTREMO FIJO
EXTREMO FIJO
EXTREMO LIBRE
ALTO
COEFICIENTE DE
EXPANSIÓN
BAJO
COEFICIENTE
DE EXPANSIÓN

14. El termopar es uno de los métodos más simples para medir temperatura. En 1821 Seebeck señaló que si se unían dos metales distintos por sus extremos y si se someten a
temperaturas diferentes, entre las uniones aparecen fuerzas electromotrices generadas que están en función de la diferencia de temperaturas en la unión y del tipo de metal
utilizado para fabricar la unión. La ecuación que se cumple es:
FEM (mV) = a + bT + cT2
En su forma más simple, un termopar consiste de dos alambres, cada uno hecho de un metal homogéneo diferente o aleación. Los alambres son unidos en un extremo
para formar una junta de medición. Esta junta de medición es expuesta al medio a ser medido. El otro extremo de los alambres van usualmente a un instrumento de
medición, donde forman una junta de referencia. Cuando las dos juntas están a diferentes temperaturas, se producirá una f.e.m. (fuerza electromotriz).
Termopar
Zona de
Temperatura T1
Zona de
Temperatura T2
Metal A (+)
FEM = E
Metal B (-)
Junta de
medición
(junta
caliente)
Junta de
referencia
(junta fría)

15. • En un circuito formado por un solo metal, la FEM generada es cero,
cualquiera que sean las temperaturas.
• Si se interrumpe un circuito termoeléctrico en una de sus uniones
intercalándose un nuevo metal, la FEM generada por el circuito no cambia a
condición de que los extremos del nuevo metal sean mantenidos a la misma
temperatura que había en el punto de interrupción y de que la temperatura
en la otra unión permanezca invariable.
• En un circuito formado por dos metales diferentes la FEM generada es
diferente de cero, siempre y cuando las temperaturas sean diferentes en la
unión caliente con respecto de la unión fría.
Leyes de la Termoelectricidad

16. Compensación por junta fría
Junta de medición y de referencia (laboratorio)
JUNTA DE
MEDICIÓN
T1
T2 JUNTA DE REFERENCIA
AL INSTRUMENTO
DE MEDICIÓN
BAÑO DE
HIELO
ALAMBRES
DE COBRE
ALAMBRE DE HIERRO
ALAMBRE DE CONSTANTANO
JUNTA DE
MEDICIÓN
T1 TERMOPAR
+
INSTRUMENTO
-
JUNTA DE
REFERENCIA
Junta de medición y de referencia (industrial)
Para prevenir errores por efectos de la
junta fría, se efectúa una compensación,
por medio de un baño de hielo o por
medio de circuitos compensadores que
suministran una fem constante.

17. Tipo de
Termopar
Materiales Rango C Linealidad Atmosfera recomendada Características
B Platino 30%, Rodio (+)
Platino 6%, Rodio (-) 0 a 1860 Buena debajo de 500
Inerte,
ligeramente
oxidante
Alto costo
C W5Re Tungsteno 5% Rhenium
(+) W26Re Tungsteno 26%
Rhenium
1650 a 2315 Buena Oxidante Alto costo
E Cromo (+)
Constantano (-) -195 a 900 Buena Oxidante Alta resolucion mV/oC
J Acero (+)
Constantano (-) -195 a 760
Buena, lineal de 150
a 450 Reductora, no corrosivos El mas economico
K Cromo (+)
Alumel (-) -190 a 1370 El mas lineal Oxidante
Alta resistencia a
la corrosion
R Platino 13% Rodio (+)
Platino (-) -18 a 1700 Buena Oxidante
Pequeño,
respuesta
rapida
S Platino 10% Rodio (+)
Platino (-) -18 a 1760 Buena Oxidante Rango de temperatura
T Cobre (+)
Constantano (-) -190 a 400 Buena Oxidante o reductora Temperatura limitada
Materiales de construcción

18. Tipos de termopares
Relación de temperatura vs F.E.M. del termopar
TIPO DENOMINACIÓN
POSITIVO NEGATIVO
SIMBOLO MATERIAL SIMBOLO MATERIAL
T COBRE-CONSTANTANO TP COBRE TN CONSTANTANO
J FIERRO-CONSTANTANO JP FIERRO JN CONSTANTANO
E CROMEL-CONSTANTANO EP CROMEL EN CONSTANTANO
K CROMEL-ALUMEL KP CROMEL KN ALUMEL
S PLATINO-Pt 10% RH SP PLATINO10% RH SN PLATINO
R PLATINO-Pt 13% RH RP PLATINO13% RH RN PLATINO
B Pt 30% RH-Pt 6% RH BP PLATINO 30% RH BN PLATINO 6% RH
F.E.M.
MILIVOLTS
2 4 6 8 10
TEMPERATURA
12 14 16 18
70
60
50
40
30
20
10
0
E
J
K
R
S
B
T
Materiales de construcción

19. Formas de conexión de termopares
Medición diferencial de temperatura con dos termopares
+
-
+
-
-
+
TERMOPARES
CONEXIONES
CAJA DE
CONEXIÓNES
CABLES DE
EXTENSIÓN
INSTRUMENTO
CABLES
DE COBRE
T1
T2
T = T1-T2
Termopares en paralelo
+
-
+
-
TERMOPARES
CONEXIONES CAJA DE
CONEXIÓNES
EXTENSIÓN
INSTRUMENTO
T1
T2
T = (T1+T2)/2
+
-
CABLES DE

20. Formas de conexión de termopares
Conexiones correcta del termopar
+
-
+
-
HIERRO
CONSTANTANO
JUNTA DE
REFERENCIA
T3
CABLES DE EXTENSIÓN
INSTRUMENTO
T1
BLOQUE DE
CONEXIONES
T2
HIERRO
CONSTANTANO
Conexiones incorrecta del termopar
+
-
+
-
HIERRO
CONSTANTANO
JUNTA DE
REFERENCIA
T3
CABLES DE EXTENSIÓN
INSTRUMENTO
T1
BLOQUE DE
CONEXIONES
T2
HIERRO
CONSTANTANO

21. Cables de extensión de termopares
Los cables de extensión deben ser
específicos para el tipo de termopar
utilizado, aunque para una transmisión
a gran distancia puede utilizarse
cobre, cuidando la temperatura y
composición homogénea del
conductor.
Ventajas y desventajas en
los termopares
Ventajas:
Determinación de la temperatura se realiza prácticamente en un
punto
La capacidad calorífica de un termopar puede ser muy pequeña, con lo que la respuesta a
las variaciones de temperatura sería muy rápida.
La salida del sensor es una señal eléctrica producida por el mismo termopar y por tanto no
es necesario alimentarlo con ninguna corriente exterior
Desventajas:
Es necesario mantener la unión de referencia a una temperatura constante y conocida
pues la incertidumbre en la temperatura de referencia produce una del mismo orden
en la medida.

22. Termopozo
El termopozo se utiliza como elemento
de protección del termopar y
generalmente viene asociado con este.
Termopozo tipo
roscado
Termopozo tipo
bridado
Termopozo tipo Van
Stone

23. Tipos de termopares con su termopozo
Tipo H
Cabeza, conector doble rosca
y tubo protector cerámico
Tipo G
Cabeza, nipple, tuerca unión
nipple y termopozo bridado
Tipo F
Cabeza, nipple, tuerca unión
nipple y termopozo roscado
Tipo E
Cabeza, nipple de extensión
y termopozo bridado
Tipo D
Cabeza, nipple de extensión
y termopozo roscado
Tipo C
Cabeza y tubo protector
con brida de montaje
Tipo B
Cabeza y tubo protector
con buje de montaje
Tipo A
Cabeza y tubo protector
Tipo I
Cabeza, conector tubular
y tubo protector cerámico
Un diseño para cada aplicación
ESPECIFICAR:
- Calibración
- Materiales
- Dimensiones
- Otros accesorios

24. Instalación del termopozo
(A) NORMAL
(B) ANGLED
(C) IN ELBOW
(A) NORMAL
(B) ANGULADO
(C) EN CODO

25. Detectores de Temperatura tipo resistencia (RTD)
El RTD o bulbo de resistencia es un
medidor de la variación de la resistencia
en función de la variación de la
temperatura y solo se debe disponer de
un alambre bobinado de metal puro, que
permita tener una resistencia alta. La
ecuación que lo rige, de acuerdo a
Siemens en 1871, es:
Rt = R0 (1 + aT + bT2 + cT3)
donde R0 es la resistencia a la
temperatura de referencia en ohms (Ω),
Rt es la resistencia a la temperatura en
Ω, a es el coeficiente de temperatura del
material y b, c son coeficientes
calculados.
• Alto coeficiente de temperatura de la resistencia, ya que de
este modo el instrumento de medida será muy sensible.
• Alta resistividad, ya que cuanto mayor sea la resistencia a
una temperatura dada, mayor será la variación por grado; mayor
sensibilidad.
• Relación lineal resistencia-temperatura.
• Rigidez y ductilidad, lo que permite realizar los procesos de
fabricación de estirado y arrollamiento del conductor en las
bobinas de la sonda a fin de obtener tamaños pequeños
(rapidez de respuesta).
Características de los materiales que
forman el conductor de la resistencia

26. El metal que presenta una relación resistencia-temperatura
altamente estable es el Platino. Otros metales utilizados es el
níquel (poco lineal), tungsteno (temperaturas mayores a
100oC) y cobre (bajo rango).
Detectores de Temperatura tipo resistencia (RTD)
RTD
Platino Níquel Tugsteno
Es un alambre fino embobinado en un
núcleo de mica, vidrio u otro material,
protegido por una cubierta, relleno de
óxido de magnesio o óxido de aluminio
Construcción del RTD de platino

27. RTD de Niquel
Mas barato que el Pt y
posee una resistencia
más elevada con una
mayor variación por
grado, el interés de este
material lo presenta su
sensitividad, aunque no
es lineal, ya que en el
intervalo de temperatura
de 0 a 100 ºC, la
resistencia de Níquel
aumenta en un 62%
mientras que el Pt solo
aumenta en un 38%.
Los termómetros de
resistencia de níquel
se usan mucho. Su
intervalo de valor de Ro
es de 10 a 10000
ohms.
El cobre tiene una
variación de resistencia
uniforme en el rango de
temperatura cercano a la
ambiente; es estable y
barato, pero tiene el
inconveniente de su baja
resistividad, ya que hace
que las variaciones
relativas de resistencia
sean menores que las de
cualquier otro metal. Por
otra parte sus
características químicas
lo hacen no útil por
encima de los 180 ºC.
RTD de Cobre
Material
Coeficiente de
Temperatura (a)
entre 0° y 100 °C
Ohms/Ohms °C
Resistividad a 0°C
µOhms cm.
Rango útil de
Temperatura
°C
Platino 0,00392 9,81 -220 ~ +850
Cobre 0,0043 1,529 - 70 ~ +150
Niquel 0,00681 5,91 -100 ~ +300
Características de los elementos más utilizados como RTD

28. Puente de Wheatstone para medición
La medición de resistencia en el RTD se realiza con un
Puente de Wheatstone:
Nos permite determinar el valor de RX
desconocida, conocidas R1, R2 y RC
Cuando el miliamperímetro indica 0 mA. se
dice que el puente está equilibrado.
La condición de equilibrio es:
R2

RX
R1 RC

29. La forma más simple de
medir la temperatura del
proceso, mediante una
sonda de resistencia, es
hacer pasar una corriente
por la sonda, lo que dará
lugar a una caída de
tensión. Se disipa calor en
la sonda y su
calentamiento aumenta la
resistencia.
Un puente de Wheatstone consiste en un
rectángulo formado por resistencias (o
capacidades) cuyos extremos opuestos están
conectados, uno a una fuente de tensión
constante y el otro a un galvanómetro.
Cuando por variación de una resistencia (la
que está en contacto con el proceso), el
galvanómetro detecta corriente nula, se dice
que el puente está equilibrado. El puente de
Wheatstone está dispuesto en montajes
denominados de dos hilos, de tres hilos o de
cuatro hilos, según sean los hilos de
conexión de la sonda de resistencia al
puente.
VENTAJAS LIMITACIONES
Asociado en un sistema puede tener alta exactitud Precio alto
Pueden medir rangos estrechos de temperatura (5
oC)
Algunas configuraciones son voluminosas y frágiles
Buena repetibilidad, no afectada por cambios
térmicos
Tienen problemas de autocalentamiento
Respuesta rápida La resistencia de los contactos puede alterar la medición
Sensores de tamaño pequeño están disponibles De vida corta si son sometidos a vibraciones y
excesos mecánicos
No requieren compensación En sistemas de control digital requieren tarjetas
especiales de entrada

30. Los termistores son semiconductores electrónicos con un coeficiente de temperatura de resistencia negativo de valor elevado, por lo que presentan
unas variaciones rápidas, y extremadamente grandes, para los cambios, relativamente pequeños, en la temperatura.
Los termistores se fabrican con óxidos de níquel, manganeso, hierro, cobalto, cobre, magnesio, titanio y otros metales, y están encapsulados en
sondas y en discos.
Los termistores también se denominan NTC (Negative Temperature Coeficient - coeficiente de temperatura negativo) existiendo casos especiales de
coeficiente positivo cuando su resistencia aumenta con la temperatura (PTC - Positive Temperature Coeficient).
La relación entre la resistencia del termistor y la temperatura viene dada por la expresión.
Termistor
en la que:
Rt = resistencia en ohmios a la temperatura absoluta Tt
R0 = resistencia en ohmios a la temperatura absoluta de referencia T0
β = constante dentro de un intervalo moderado de temperaturas

31. Medición con el termistor
La medición se realiza con microamperímetro y con
Puente de Wheatstone:
mA
Termistor
Miliamperímetro
Fuente de
Alimentación
Con Miliamperímetro
Con Galvanómetro
Fuente de
Alimentación
G
Galvanómetro
con cero
central
Termistor
VENTAJAS LIMITACIONES
Alta sensitividad Comportamiento no lineal
De tamaño pequeño y numerosas
configuraciones disponibles
Poca experiencia en su uso
Respuesta rápida EL intercambio de elementos es problemático
Bueno para rangos estrechos Menos estable que otros dispositivos eléctricos
Su estabilidad aumenta con el envejecimiento (el
90% se da en la primera semana)
No disponible para rangos amplios
EL efecto de los cables y de la temperatura
ambiente en el medidor se elimina con valores
de resistencia altos
Valores altos de resistencia requieren líneas de
potencia blindadas, filtros o voltajes de corriente
directa
Bajo costo

32. Pirómetro
Un pirómetro en un instrumento utilizado para medir, por medios
eléctricos, elevadas temperaturas por encima del alcance de cualquier
otro medidor.
Existen dos tipos básicos:
•Los pirómetros de radiación que se basan en la ley de Stephan -
Boltzman y se destinan a medir elevadas temperaturas, arriba de
1600 °C.
•Los pirómetros ópticos que se basan en la ley de distribución de la
radiación térmica de Wien y con ellos se han definido puntos por
encima de 1063 °C.

34. Los sensores de presión o transductores de presión sone
lementos que transforman la
magnitud física de presión ofuerza por unidad de superficie en otra magnitud eléctrica
que será la que emplearemos en los equipos deautomatización o adquisición estándar.
Los rangos de medidason muy amplios, desde unas milésimas de bar hasta losmiles de
bar.
El control de la presión en los procesos industriales da condiciones de
operación seguras. Las presiones excesivas no solo pueden provocar la
destrucción del equipo, sino también provoca la destrucción del equipo
adyacente y pone al personal en situaciones peligrosas, particularmente
cuando están implícitas, fluidos inflamables o corrosivos.
La presión se define como fuerza ejercida sobre una superficie por unidad
de área. En ingeniería, el término presión se restringe generalmente a la
fuerza ejercida por un fluido por unidad de área de la superficie que lo
encierra. De esta manera, la presión (P) de una fuerza (F) distribuida sobre
un área (A), se define como:
𝑃 =
𝐹
𝐴

35. Existen muchas razones por las cuales en un determinado proceso se debe medir presión.
Entre estas se tienen:
• Calidad del producto, la cual frecuentemente depende de ciertas presiones que se deben mantener en un
proceso.
• Por seguridad, como por ejemplo, en recipientes presurizados donde la presión no debe exceder un valor
máximo dado por las especificaciones del diseño.
• En aplicaciones de medición de nivel.
• En aplicaciones de medición de flujo.
Tipo de presión
Presión absoluta: Presión que se mide a partir de la presión cero de un vacío absoluto.
Presión atmosférica: Presión que ejerce la atmósfera que rodea la tierra (barométrica) sobre
todos los objetos que se hallan en contacto con ella.
Presión relativa (manométrica): Presión mayor a la presión atmosférica, es la presión medida
con referencia a la presión atmosférica, conocida también como presión relativa o presión positiva.
Presión diferencial: Es la diferencia entre dos presiones.

36. Vacío: Presión menor a la presión atmosférica, medida por abajo de la
presión atmosférica. Cuando el vacío se mide con respecto a la presión
atmosférica se le conoce como presión negativa, el vacío también puede
medirse con respecto al "cero absoluto" como una presión absoluta menor
a la presión atmosférica.
Presión atmósferica
Presión barométrica
Presión de vacío
0 absoluto = 0 psia
760 mm Hg = 14.7 Psia
0
Presión absolua
Presión manométrica

37. Estos instrumentos se conocen principalmente como “Manómetros”. En ellos la presión aplicada se balancea contra una
columna de líquido. La forma más simple consiste de un tubo vertical sellado en un extremo, que contiene líquido; por el
otro extremo se aplica la presión que se quiere medir. El líquido sube en el tubo hasta que el peso de la columna balancea la
la presión aplicada.
Manómetro para medición de Presión Absoluta: es simplemente un tubo en
"U" que tiene un extremo sellado y al vacío y el otro extremo abierto a la
presión absoluta que se va a medir, figura (a). La ecuación que permite
calcular el balance estático del instrumento es:
P=ℎ ∗ 𝑠𝑔
Donde:
P : Presión Absoluta
h : Diferencia de altura en los dos cuerpos del tubo
sg : Gravedad específica del líquido
Manómetro de tubo en "U": se utiliza para medir presión diferencial.
Consiste en un tubo en forma de "U" lleno de líquido. En cada una de las
ramas del tubo se aplica una presión. La diferencia de altura del líquido en
las dos ramas es proporcional a la diferencia de presiones. Un esquema
característico puede verse en la figura (b).
Manómetro de Pozo: en este tipo de manómetro una de las columnas del
tubo en "U" ha sido sustituida por un reservorio o pozo de gran diámetro,
de forma tal que la presión diferencial es indicada únicamente por la altura
del líquido en la rama no eliminada del tubo "U". Un ejemplo es mostrado
en la figura (a).
Manómetro de Tubo Inclinado: se utiliza para mediciones de presiones
diferenciales pequeñas. En este tipo de manómetro, la rama del tubo de
menor diámetro esta inclinada con el objeto de obtener una escala
mayor, ya que en este caso h = L sen Ø, figura (b)

38. Existen tres tipos de instrumentos elásticos principales utilizados para medir presión. Ellos son:
• Tubos Bourdon.
• Fuelles.
• Diafragmas.
Básicamente están diseñados bajo el principio que establece la deflexión que sufre un elemento elástico que es proporcional a la presión
aplicada.
Tubos Bourdon: Funcionan bajo el siguiente principio mecánico: un tubo enrollado, cerrado por un extremo, tiende a enderezarse cuando por el otro
extremo del tubo se le aplica un gas o líquido bajo presión. Cuando el enrollado "Coil" se diserta correctamente y el material utilizado también es el
correcto, la deformación que sufre el tubo, debido a la presión aplicada, es altamente repetitiva, pudiendo el sensor ser calibrado para producir
precisiones que en muchos casos alcanzan 0,05% del span. Tal como se muestra en la figura, el movimiento del extremo libre del tubo Bourdon se
convierte, por medio de engranajes y eslabones, en un movimiento proporcional de una aguja o una plumilla del indicador o registrador.
• Tubo Bourdon tipo “C”: se utilizan principalmente
para indicación local en medidores de presión, que
están conectados directamente sobre recipientes de
proceso y tuberías.
•
• Tubo Bourdon en Espiral: se construyen enrollando el
tubo, de sección transversal plana, en una espiral de
varias vueltas en vez de formar un arco de 270° como
en el tipo “C”. Este arreglo da al espiral un mayor grado
de movimiento por unidad de cambio en la presión si se
compara con el tubo Bourdon tipo "C".
• Tubo Bourdon Helicoidal: se construye de forma
similar al tubo en espiral, pero enrollando el tubo en
forma helicoidal.

39. Fuelles: Un fuelle puede definirse como un tubo flexible, el cual cambia su longitud de acuerdo a la presión aplicada. Este
cambio de longitud es mucho mayor que el que se obtendría si se utilizara un tubo Bourdon de las mismas características.
En muchas aplicaciones el fuelle se expande muy poco, pero la fuerza que produce es significativa. Esta técnica se emplea
frecuentemente en mecanismos de balance de fuerzas. Para producir una relación lineal entre el desplazamiento del fuelle y
la presión aplicada, es práctica común colocar un resorte dentro del fuelle, tal como se muestra en la figura
Aplicaciones: los fuelles se utilizan en aplicaciones de
medición de presión absoluta y medición de presión
diferencial. Además, son parte importante en instrumentos
tales como transmisores, controladores y registradores.

40. Diafragmas: El principio de operación es similar al de los fuelles, pero su construcción es diferente. El diafragma
es un disco flexible generalmente con corrugaciones concéntricas, tal como se muestra en la figura. Los
diafragmas pueden ser metálicos y no metálicos. Entre los materiales comúnmente más utilizados se
encuentran: bronce, cobre-berilio, acero inoxidable, Monel, neopreno, siliconas y teflón. El diafragma puede ser
utilizado independientemente como un sensor de presión, pero también es componente básico de un elemento
conocido como “cápsula”.
Una “cápsula” está formada por dos
diafragmas unidos alrededor de su
periferia. Existen dos tipos de
cápsulas: convexas en las cuales la
orientación de las corrugaciones de
los dos diafragmas es opuesta; y
tipo “nido” (nested) donde la
orientación de las corrugaciones
coincide. La cápsula de diafragma
es utilizada por los transmisores
neumáticos y electrónicos de
diferencial de presión.
Aplicaciones: los diafragmas se emplean en
medición de bajas presiones y vacío; y en
mediciones de presión absoluta y diferencial.

41. Existen básicamente dos tipos:
- Tipo Capacitivo
- Tipo medidor de deformaciones o strain gage
La mayoría de los instrumentos electromagnéticos de presión, incorporan uno de los instrumentos
primarios de medición de presión discutidos previamente (instrumentos elásticos). El hecho de que la
energía del proceso sea transformada en una señal eléctrica, a partir de un movimiento mecánico, hace
que a estos instrumentos se les dé el nombre de “Transductores”.
): los
transductores de presión tipo Strain Gage
proporcionan un medio conveniente y
confiable para medir presión de gases y
líquidos. Son especialmente adecuados para
ser utilizados en sistemas viscosos y
corrosivos. Un Strain Gage (galga
estensométrica), es un mecanismo que
utiliza el cambio de la resistencia eléctrica de
un alambre o elemento semiconductor de
resistencia, sometido a esfuerzo, para medir
presión. El Strain Gage cambia un
movimiento mecánico en una señal eléctrica
cuando la resistencia varía por compresión o
tensión. El cambio en la resistencia es una
medida de la presión que produce la
distorsión mecánica. La figura ilustra el
principio de operación de un Strain Gag

42. : La figura
muestra un sensor de presión que
utiliza capacitancias en vez de
resistencias como elementos del
puente de Wheatstone. En este caso, el
elemento sensor es un diafragma que
está en contacto con la presión del
proceso. Cuando la presión aplicada
produce una deflexión en el diafragma,
diafragma, la capacitancia del
elemento cambia en proporción a la
presión aplicada; ya que la
capacitancia es función del material
dieléctrico entre las placas del
capacitor y de las distancias entre las
placas. Este cambio en la capacitancia
produce un cambio en la señal de
voltaje d.c. del circuito del puente. Esta
variación de voltaje se convierte en
una señal estándar de 4-20 mA.

43. La medición del nivel puede
definirse como la determinación
de la posición de una interfase
que existe entre dos medios
separados por la gravedad, con
respecto a una línea de
referencia. Tal interfase puede
existir entre un líquido y un gas,
entre dos líquidos, entre un
sólido granulado o sólido
fluidizado y un gas, o entre un
líquido y su vapor.
Existen muchas situaciones en
la industria petrolera donde
estas interfases deben ser
establecidas dentro de límites
específicos, por razones de
control del proceso o de la
calidad del producto.
Hay una gran variedad de
técnicas por medio de las
cuales se puede medir el nivel
de líquidos o sólidos en equipos
de procesos
La selección de la
instrumentación adecuada
depende de la naturaleza del
proceso; del grado de exactitud
y control requeridos y del
aspecto económico

44. Al igual que otras variables de proceso, el nivel puede ser medido por
métodos directos o métodos indirectos. Los métodos e instrumentos utilizados
para medición de nivel pueden clasificarse de la siguiente manera:
• ƒ
Métodos visuales.
• Instrumentos actuados por flotadores.
• Desplazadores.
• Instrumentos de nivel de tipo hidrostáticos.
• Métodos electrónicos.
• Métodos térmicos.
• Métodos sónicos.
• Instrumentos fotoeléctricos.
• Instrumentos radioactivos.
La referencia [Creus, Antonio. INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL] plantea que
los instrumentos de medición directa se dividen en: Sonda Cinta y plomada
Nivel de cristal Instrumentos de flotador

45. Mientras que los instrumentos que miden el nivel aprovechando la presión hidrostática se dividen
en:
Medidor manométrico
Medidor de presión diferencial de diafragma
Medidor de membrana
Medidor de tipo burbujeo
La citada referencia clasifica también a los instrumentos de medición de
nivel según las características eléctricas del fluido en
Medidor resistivo
Medidor de láser
Medidor ultrasónico
Medidor capacitivo
Medidor de radiación
Medidor conductivo

46. Flotadores
Los instrumentos de medición de nivel constituidos por flotadores, operan por el movimiento del
flotador. El principio básico de flotación establece que “un cuerpo (flotador), sumergido en un líquido es
empujado hacia arriba por una fuerza que es igual al peso del líquido desplazado”, la ecuación utilizada
para determinar la fuerza de flotación disponible es:
𝐹𝑏 = 𝑉𝑓∗𝑆𝑔
Donde:
Fb : Fuerza de flotación.
Vf : Volumen del flotador.
Sg : Gravedad específica del líquido. El flotador se mueve hacia arriba y
hacia abajo con los cambios en el
nivel del líquido. Este movimiento del
flotador puede ser transformado por
diversos medios en una acción de
indicación, registro o control.
Generalmente son utilizados para
medir interfases líquido-gas y líquido-
líquido. Comercialmente existe una
gran variedad de estos instrumentos
utilizados en aplicaciones de nivel de
líquido. Los más comunes son los
flotadores horizontales y los
flotadores verticales.

47. Desplazadores
La operación del desplazador está basada en el principio de Arquímedes, el cual establece que un
cuerpo sumergido en un líquido será empujado hacia arriba por una fuerza igual al peso del líquido
que él desplaza.
La fórmula utilizada para determinar el alcance (span) de la fuerza de flotación para aplicaciones de
nivel de líquido es:
𝐹𝑏 = 𝑉
𝐿𝑊
𝐿
𝐵 ∗ 𝑆𝑔
Fb : Alcance (Span) de la Fuerza
de Flotación (Ibf o Newton)
V : Volumen total del
desplazador (pulg3 o cm3 ) Lw :
Longitud de trabajo del
desplazador (pulgadas o mm)
L : Longitud total del
desplazador (pulgadas o mm)
B : Constante (0,036 Ibf/pulg.
09.8x10-3 N/cm3 ) Sg :
Gravedad específica del fluido
En aplicaciones de nivel de líquido, la medición se realiza a
medida que el líquido varía sobre la longitud total del
desplazador. Las longitudes estándares de desplazadores
van desde 0,3 hasta 3 metros (11,8 hasta 118 pulgadas). En
aplicaciones de nivel de interfase, la medición se realiza a
medida que el nivel de interfase entre dos líquidos
inmiscibles de diferente gravedad específica, varía a lo
largo de la longitud total del desplazador. Los
desplazadores también pueden ser utilizados para medir
densidad de líquidos; en este caso la medición se realiza
con el desplazador completamente sumergido.

48. Instrumentos de nivel de tipo hidrostático
En los instrumentos de nivel de tipo hidrostático, el nivel se mide por medio del peso que ejerce una
columna de líquido sobre el sensor de presión. La siguiente relación define la medición de presión
debido a una columna de líquido, la cual puede ser convertida a altura del nivel sobre una línea de
referencia determinada:
𝐻 =
𝑃
𝑆𝑔
Donde: P : Presión debido a
la columna de líquido. Sg :
Gravedad específica del
líquido.
H : Altura del nive
El método más común para medir nivel con sensores de tipo
hidrostático, es utilizando transmisores de diferencial de
presión (D/P cell), o transmisores de presión manométrica
(gage). En los de diferencial de presión, la presión ejercida por
la columna de líquido actúa sobre una celda de diferencial de
presión, cuyo movimiento es utilizado para transmitir una
señal neumática o electrónica proporcional a la altura del
nivel. En la figura se muestran unas celdas de diferencial de
presión. Éstos transmisores tienen precisiones que van de
+0,2% a +0,25% del alcance (span).

50. Métodos electrónicos para medir nivel
Sensores de nivel de tipo capacitivo La base de este método de medición radica en las características
físicas de un condensador. La capacitancia de un condensador depende de la separación entre los
electrodos o placas "d"; de su superficie "A" y de la constante dieléctrica del material entre las placas
"E".
C=
𝐴𝐸
𝑑
Un sensor de nivel tipo capacitivo sirve para medir el nivel
de la mayoría de los líquidos y sólidos. El sensor está
constituido por un electrodo o probeta de capacitancia
que se introduce en el tanque. El cambio en la
capacitancia, producido por un aumento o disminución
del nivel en el recipiente, se mide utilizando la probeta de
capacitancia, la cual está conectada a un circuito
electrónico, que puede ser un interruptor de nivel para
control ON-OFF, o un transmisor de nivel para medición
de nivel continuo. Si el líquido es no conductor, el
capacitor está formado por la probeta de capacitancia
(electrodo primario) y la pared del tanque, los cuales
conforman las placas del capacitor.

51. La figura muestra el principio de
operación de un sensor de nivel de tipo
ultrasónico no intrusivo para aplicaciones
de nivel continuo. En estos sensores, se
mide el tiempo empleado por el sonido
en su trayecto desde un emisor hasta un
receptor. El instrumento tiene un emisor
que proporciona breves impulsos sónicos.
Estos impulsos son reflejados por la
superficie del material en el recipiente y
llegan de nuevo al emisor, que actúa
ahora como receptor. El tiempo
transcurrido es una medida de la distancia
entre el material y el emisor-receptor. Un
convertidor electrónico proporciona la
medida del nivel. El instrumento puede
incluir un sensor de temperatura para
compensar los cambios en la temperatura
del aire.
Sensores de nivel de tipo ultrasónico

52. La medición de flujo es uno de los aspectos más importantes en el control
de procesos; de hecho, bien puede ser la variable más comúnmente
medida. Existen muchos métodos confiables y precisos para medir flujo.
La medición de flujo es importante y algunos ejemplos de aplicación en nuestra vida son para conocer:
•Consumos de agua potable para uso doméstico e industrial,
•Demanda de Hidrocarburos, como gas natural, gas LP, combustoleo, gasolina.
•La eficiencia de los procesos.
•Balances de materia,
•Excedentes de costos, etc.
De acuerdo al
principio de
operación,
los medidores de
flujo pueden ser
agrupados de la
siguiente manera:
• Medidores
diferenciales
(Head Meters).
• Medidores de
desplazamiento
positivo.
• Medidores de área
variable.
• Medidores
volumétricos.
• Medidores de
flujo másico.

53. Tipos de flujo
Flujo volumétrico.– El volumen de un flujo que pasa por un punto en la
tuberia por unidad de tiempo
Q = A x V
Donde: Q = Velocidad de flujo volumétrico
A = Área interna de la tubería
V = Velocidad promedio de flujo
Flujo másico.- Peso de un volumen de fluido que fluye por unidad de tiempo.
Flujo totalizado.- Flujo acumulado o flujo integrado
Para recordar

54. Propiedades de los fluidos
Densidad
La densidad de un material se define como la masa contenida en la unidad de
volumen de un material. Ejemplo: agua = 62.4 lbs/ft3
Peso específico
Los ingenieros que no han adoptado el SI, utilizan el peso específico o densidad
de peso, definido como el peso de la unidad de volumen de una sustancia.
Kg 

m3 

v
 
m
 N 

m3 

 m3 
v v
PE 
w

mg
 gδ Kg  f 
Densidad relativa o gravedad específica
Para líquidos, se define como la razón entre la densidad de la sustancia y la
densidad del agua a una temperatura determinada. Para gases, es con respecto
a la densidad del aire.
DR 
PEsus tan cia

gδsus tan cia

δsus tan cia
PEagua gδagua δagua
Para recordar

55. Propiedades de los fluidos
Viscosidad
Se define como la resistencia que presentan los fluidos a fluir, es decir que a mayor
viscosidad, menor flujo y está afectada por la presión y la temperatura. Es esencial
conocerla para la selección de medidores de flujo.
Fluido Newtoniano
Es todo aquel fluido que sigue la Ley de Newton de la viscosidad, es decir que
cuando la relación de corte y la velocidad de deformación del fluido es lineal y la
viscosidad es función exclusiva de la condición del fluido.
Fluido No Newtoniano
No se comporta conforme la Ley de Newton y la viscosidad de este fluido depende
del gradiente de velocidad, además de la condición del fluido.
Para recordar

56. Propiedades de los fluidos
Compresibilidad
A cada incremento/decremento de la presión que se ejerce sobre un fluido, le
corresponde una contracción/expansión del fluido. Esta deformación o cambio
de volumen se llama elasticidad o compresibilidad. Se mide en N/m2.
Ecuaciones de estado de los gases
p: presión
V: Volumen
m: Masa
T: Temperatura absoluta
R: Constante, para aire R=287J/Kg-K
: Densidad
P1 V1

P2 V2
T1 T2
P V  m  R T
P
R T
 
Para recordar

57. Tipos de medidores de flujo
Clasificación de Medición de Flujo de Fluidos
Flujo Másico
Flujo Volumétrico
Másico inferido (Densidad constante)
Másico calculado (medición de densidad)
Flujo de sólidos disueltos/suspendidos
- Inferidos, concentración constante
- Calculados, concentración médida
Unidades de flujo de medición comúnmente usadas
Líquidos Gases Vapor
Volumen actual Volumen actual Gravimétrica (másico)
Gravimétrica (másico) Gravimétrica (másico)
Volumen a temperatura base Volumen a condiciones
estándares
MEDIDORES
DE FLUJO
VOLUMÉTRICO
NI MÁSICO, NI
VOLUMÉTRICO
MÁSICO

58. Clasificación de medidores de flujo
MÁSICO VOLUMÉTRICO HÍBRIDO
TÉRMICO
MEDIDORES
DE
FLUJO
CAMBIO
MOMENTUM
CORIOLIS
ANGULAR LINEAL
AREA
VARIABLE
PRESION DIF.
VARIABLE
CODO
ORIFICIO TOBERA TARGET
VENTURI TUBO DE
FLUJO
LAMINAR
PARTES EN
NO MOVIMIENTO
EFECTO
DOPLER
INDUCIÓN
ELECTRO-
MÁGNETICA
TÉRMICO
IÓNICO
RESONANCIA
MAGNÉTICA
NUCLEAR
CABEZA
VARIABLE
OSCILACIÓN
HIDRODINÁMICA
AC DC
CANAL VERTEDERO DESCARGA TOBERA
DE CHORRO KENNISON
FORZADA LIBRE
SÓNICO LASER MICROONDAS
PARTES EN
MOVIMIENTO
TURBINA DESPLAZAMIENTO
POSITIVO
PROPELA
ENGRANE PISTÓN
DISCO VELETA

59. Medidores de flujo diferenciales
Los medidores de flujo de tipo diferenciales son los más
comúnmente utilizados. Entre ellos pueden mencionarse:
la placa de orificio, el tubo Venturi, el tubo Pitot, la tobera
y el medidor de impacto (Target). Estos miden el flujo de
un fluido indirectamente, creando y midiendo una presión
diferencial por medio de una obstrucción al flujo. El
principio de operación se basa en medir la caída de
presión que se produce a través de una restricción que se
coloca en la línea de un fluido en movimiento, esta caída
de presión es proporcional al flujo. La proporcionalidad es
una relación de raíz cuadrada, en la cual el flujo es
proporcional a la raíz cuadrada del diferencial de presión.
Esta relación hace que la medición de flujos menores del
30% del flujo máximo, no sea práctica debido a la pérdida
de precisión.

60. Placas orificio
La placa de orificio esta constituida por una placa delgada perforada, la cual se instala en la tubería
utilizando bridas especiales, las placas orificio se muestran en la figura
Generalmente se construye de
acero inoxidable con un
espesor que oscila entre 1/8 y
1/2 pulgada. Otros tipos de
materiales tales como Monel,
níquel, Hastelloy, se utilizan
cuando se necesita prevenir la
corrosión o contaminación

61. Generalmente se construye de acero inoxidable con un espesor que oscila entre 1/8 y 1/2 pulgada.
Otros tipos de materiales tales como Monel, níquel, Hastelloy, se utilizan cuando se necesita prevenir
la corrosión o contaminación
Los tipos de tomas de presión comúnmente más utilizados
son:
En este caso las tomas están taladradas sobre las bridas que soportan
la placa y están situadas a una distancia de 1 pulgada de la misma.
Este tipo de tomas no se recomienda para diámetros de tubería
menores de dos pulgadas (2”), debido a que la vena contracta puede
estar a menos de 1 pulgada de la placa de orificio.
Tomas en la vena contracta: localizados a una distancia de 1 D (D =
diámetro nominal de la tubería) aguas arriba de la placa, y 1/2 D
aguas abajo de la placa, o sea sobre la vena contracta, figura (b). Sin
embargo, el punto de la vena contracta varía con la relación de
diámetros d/D, produciéndose errores en la medición si se cambia el
diámetro del orificio.
Tomas en la tubería: están localizadas a una distancia de 2 1/2 D
aguas arriba y 8 D aguas abajo de la placa, figura (c). Miden la pérdida
de presión permanente a través de un orificio. Este tipo de tomas
requiere mayor cantidad de tramos rectos de tuberías.