Resumen de variables

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Resumen de variables

  1. 1. “RESUMEN DE LAS VARIABLES: PRESIÓN, TEMPERATURA, FLUJO Y NIVEL”
  2. 2. TEMARIO GENERAL DIAPOSITIVA OBJETIVO……………………..…….3 INTRODUCCIÓN………………...….4 VARIABLE PRESIÓN ……………....5 VARIABLE TEMPERATURA………44 VARIABLE FLUJO…………………110 VARIABLE NIVEL…………………..188 • Nota: Para cada variable habrá un temario al inicio de la misma.
  3. 3. OBJETIVO • El principal objetivo de esta presentación es reafirmar los conocimientos de Instrumentación , además de tener información valiosa que puede servir de consulta en un futuro.
  4. 4. INTRODUCCIÓN GENERAL • En esta presentación se expone un resumen de las de las cuatro principales variables, Presión, Temperatura, Flujo y Nivel. • La organización de la estructura del trabajo se compone principalmente de 3 puntos: 1) Para cada variable habrá un temario. 2) Para cada variable previamente habrá una introducción sobre la misma. 3) Para cada variable habrá una conclusión .
  5. 5. TEMARIO • • • • • • • • • • • INTRODUCCIÓN. DEFINICIÓN DE PRESIÓN. MEDIDOR DE TUBO DE BOURDON. MEDIDOR DE ESPIRAL. MEDIDOR HELICOIDAL. CAPSULA DE DIAFRAGMA. MEDIDOR DE FUELLES. CELDAS DE PRESIÓN DIFERENCIAL. ELEMENTO TIPO PIEZOELECTRICO. SENSORES STRAIN GAGE CONCLUSIONES
  6. 6. INTRODUCCIÓN • En esta sección de la variable presión se estructuró de la siguiente manera en una forma general: -Definición de presión. -Instrumentos para la medición de presión. a) Elementos elásticos. b) Celdas de presión diferencial. c) Elementos de deformación. d) Electrónicos. - Conclusión.
  7. 7. INTRODUCCIÓN • DEFINICIÓN DE PRESIÓN: La presión puede definirse como una fuerza por unidad de área o superficie, en donde para la mayoría de los casos se mide directamente por su equilibrio directamente con otra fuerza conocida que puede ser la de una columna liquida, un resorte, un embolo cargado con un peso o un diafragma cargado con un resorte o cualquier otro elemento que puede sufrir una deformación cualitativa cuando se le aplica la presión.
  8. 8. TIPO DE PRESIONES Presión Absoluta = Presión Manométrica + Presión Atmosférica.
  9. 9. MEDIDOR DE TUBO DE BOURDON INTRODUCCIÓN • Desarrollado por Eugene Bourdon en 18491. • Este dispositivo consiste en un tubo metálico doblado en forma de C, de sección transversal no circular que se ciega por un extremo por lo que al aplicarle un fluido con una determinada presión por el extremo abierto el tubo tiende a estirarse. • Normalmente el desplazamiento no es lineal en todo el rango de operación, pero si lo suele ser en pequeños márgenes. Se construye con diferentes metales y aleaciones, de acuerdo al rango de presiones que vaya a medir, siendo los materiales más usados el latón, el bronce y el acero inoxidable. Se puede utilizar para medir presiones en rangos comprendidos desde cero hasta 10.000 psig, según el material.
  10. 10. ¿QUÉ ES EL TUBO DE BOURDON? • Es un tubo de sección transversal elíptica que forma un anillo casi completo, cerrado por un extremo. Al aumentar la presión en el interior del tubo, este tiende a enderezarse y el movimiento es transmitido a la aguja indicadora por un sector dentado y un piñón. • Los sensores de presión de tubo de Bourdon son elementos primarios para medición de presión mas extensamente usados en la industria. • El tubo se dobla de modo que adquiere la forma de “C” o arco.
  11. 11. TUBO DE BOURDON • Cuando se aplica una presión en a la terminal abierta, el tubo tiende a enderezarse con el aumento de presión y al hacerlo así, su extremo libre se mueve lo suficiente para actuar un sector y un piñón dentados, los cuales tiene objeto amplificar el movimiento del tubo de Bourdon.
  12. 12. MATERIALES PARA FABRICAR TUBO DE BOURDON • Estos materiales son muy variados, dependiendo del servicio que se vayan a aplicar. • Los materiales son: bronce fosforado, cobre aleado con berilio, acero inoxidable y acero de aleación. • Para presiones bajas: bronce fosforado. • Y para presiones hasta 7000kg/cm2, se usa acero de aleación. • Para medir presiones de fluidos corrosivos, se recomiendan los tubos de Bourdon de acero inoxidable
  13. 13. EL TUBO DE BOURDON SE UTILIZA EN LOS SIGUIENTES CASOS • Cuando el máximo de la Gama requerida exceda 1.76 kg/cm2 (25 lb/plg2) para presión combinada de presión y vació. • Para medición continua de presiones que excedan 3515 Kg./cm2 (50000 lb./plg2). • Para medición directa de las presiones, especialmente, cuando ocurren variaciones súbitas de la presión que pudieran ocasionar la ruptura de fuelles o de diafragmas.
  14. 14. MEDIDOR DE ESPIRAL INTRODUCCIÓN: El elemento en espiral es semejante a una bobina plana y el hélice esta enrollado verticalmente en forma parecida aun resorte. Ambas formas de tubo producen un mayor movimiento por unidad de presión aplicada .
  15. 15. MEDIDOR DE ESPIRAL • Elementos del Tubo de Burdon; a) Tipo C; b) En espiral; c); Helicoidal d) Área de la sección transversal. • El elemento en espiral es muy parecido en su forma al tubo de Buordon en C, consta de varias vueltas enrolladas en espiral y cuando se somete a presión tiende a desenrollarse.
  16. 16. PRINCIPIO DE OPERACIÓN • Puede utilizarse para medir presiones manométricas y de vacío. El elemento en espiral esta restringido a la medida de presiones intermedias hasta 300 psig aproximadamente. A presiones muy altas presenta el inconveniente de que sus paredes tratan de juntarse. • Se utiliza para presiones que varían de 0-1.25 Kg./Cm2, o de 0-28 Kg./cm2. Puede utilizarse para medir presiones manométricas y de vacío.
  17. 17. MEDIDOR HELICOIDAL • En un elemento primario para medición de presión de tipo helicoidal, el movimiento de su extremo libre es aún mayor que en el elemento de espiral, su diseño permite que tenga una alta protección por sobre-rango, esto significa por ejemplo que un elemento de este tipo con rango de 0 a 70 Kg/cm2 puede exponerse a una presión de 700 Kg/cm2 sin que sufra daño, también es ideal para aplicarse en presiones pulsantes. • En este tipo de elemento el numero de vueltas necesarias para formar el sensor helicoidal depende del rango de presión a medir.
  18. 18. CÁPSULA DE DIAFRAGMA • • • • INTRODUCCIÓN: Las cápsulas de diafragma se han utilizado tradicionalmente en medidores para presiones más o menos bajas y mediciones de vacío, sin embargo sus aplicaciones van más allá de eso, principalmente, en dispositivos como transductores, transmisores, relevadores y conmutadores, entre otros. Se acostumbra usar cápsulas de diafragma en medidores de presión diferencial, transmisores neumáticos de presión y transmisores eléctricos de presión en los que la presión estática puede ser muy superior a la fuerza de ruptura del material. Estas cápsulas de diafragma se construyen en forma de disco y con mucha frecuencia tienen superficies corrugadas para incrementar el área de superficie y la capacidad de deflexión de ésta.
  19. 19. TIPOS DE DIAFRAGMA • La ecuación que rige la deflexión del diafragma es: d = K N (P2-P1) t-1.5 D4 Donde; d: es la deflexión del centro de la cápsula. K: es la constante de la cápsula, por lo regular 1.5 a 2.5x10-6 N: es el número de cápsulas. P2: es la presión aplicada. P1: es la presión de referencia o bien inicial. D: el diámetro activo. t: el espesor de la cubierta.
  20. 20. CAMPO DE MEDIDA
  21. 21. TIPOS DE MATERIAL • Las cápsulas de diafragma se pueden fabricar de diversos materiales, pudiendo ser metálicas o no metálicas. • Los diafragmas metálicos son principalmente de cobre-berilio y de bronce fosforado y son además ampliamente usados en la industria.
  22. 22. CONCLUSIÓN • La cápsula de diafragma es probablemente el mejor ejemplo de unidad de medición de presión con un verdadero equilibrio de fuerzas ya que su flexibilidad y su excelente respuesta casi lineal lo hacen muy aplicable en todo tipo de instrumentos principalmente industriales.
  23. 23. MEDIDOR DE FUELLE • ANTECEDENTERS TEORICOS: Siempre que se habla de la medición de presión, en realidad que se realiza es una medición de la diferencia entre dos presiones. Existen diferentes tipos de medidas de presión, como la absoluta, manométrica, diferencial, y de vació.
  24. 24. FUELLE • Los fuelles se realizan a partir de tubos de paredes finas formando convoluciones en donde uno de los extremos está cerrado; el fuelle se desplaza axialmente cuando se le aplica una presión en su entrada. Los fuelles se utilizan para rangos de presiones bajas, ya que su deformación es mayor comparado con los diafragmas y cápsulas.
  25. 25. FUNCIONAMIENTO • Este elemento se desplaza linealmente en forma axial cuando se le aplica la presión se utiliza para medir presiones manométricas bajas, no mayores de unos 30 psig, y también presiones de vacío cuando se utiliza en conjunto con otro elemento el cual esta sellado herméticamente e internamente está a 0 psi.
  26. 26. FUELLE PARA LA MEDIDA DE PRESION
  27. 27. RANGO DE MEDIDAS • Los medidores de fuelle se utilizan para mediciones de presión de rango de 0-5 plg. de columna de agua hasta 0 a 56 kg/cm2 • Se puede construir de latón, bronce o acero inoxidable.
  28. 28. CELDAS DE PRESIÓN DIFERENCIAL • INTRODUCCIÓN: • Los dispositivos para medición de presión diferencial, por su versatilidad son muy usados para su aplicación en la industria. Es el dispositivo usado tradicionalmente en instrumentos neumáticos. • En los últimos años se ha desarrollado una tendencia hacia la utilización de transmisores electrónicos, debido esto, a su gran exactitud, respuesta rápida y bajo consumo de energía. Además de que la electrónica ha hecho posibles grandes avances al desarrollar los circuitos integrados, los circuitos impresos y las tarjetas intercambiables, lo cual hace posible que los dispositivos electrónicos sean mas confiables y de fácil mantenimiento.
  29. 29. DEFINICIONES • Una celda es un dispositivo para almacenamiento de energía. • Las celdas de presión diferencial son diafragmas metálicos en medidores de presión diferencial, transmisores neumáticos de presión y transmisores eléctricos de presión. • El fluido bajo presión está en contacto con una de las caras del diafragma, curvándola en forma proporcional a la presión que se ejerce.
  30. 30. DESCRIPCIÓN • • • El diafragma consiste en una o varias cápsulas circulares conectadas rígidamente entre sí por soldaduras, de forma que al aplicar presión, cada cápsula se deforma y la suma de los pequeños desplazamientos es amplificada. El sistema se proyecta de tal modo que, al aplicar presión, el movimiento se aproxima a una relación lineal en un intervalo de medida lo más amplio posible, con un mínimo de histéresis y de desviación permanente en el cero del instrumento. Se construyen en forma de disco y con superficies corrugadas. La deflexión depende de: – – – – – – – Tipo del material Espesor Diámetro del disco De la forma del corrugado Cantidad de costillas Módulo de elasticidad del metal La presión aplicada.
  31. 31. DESVENTAJAS • La principal desventaja en el diseño de elementos de presión de diafragma corrugado es que la relación presión-deflexión se debe determinar de un modo empírico para cada tipo de material y para el número, la clase y el tamaño de convolución.
  32. 32. ELEMENTO TIPO PIEZOELECTRICO • La palabra piezoeléctrico se deriva del griego que significa estrechar, apretar u oprimir. • Similar en principio al sensor de tipo deformación. • Utiliza un cristal para detectar los esfuerzos • Un sensor es un dispositivo que esta en contacto directo con la variable a medir recibe un estímulo. • Esto es independiente de si el sensor requiere excitación o no para generar una respuesta de acuerdo alo sensado. • Ejemplos: Sensor piezoeléctrico, galga extensiométrico.
  33. 33. MATERIAL PIEZOELECTRICO • Cuarzo • Material piro eléctrico (capacidad de carga energética). • Turmalina • Propiedades mejoradas (materiales cerámicos, ferro eléctricos, policristalinos). BaTio3, Zincronato titanato de plomo (PZT)
  34. 34. CARACTERISTICAS • • • Al aplicar presión al cristal se establecen cargas eléctricas (efecto piezoeléctrico) Al aplicar un campo eléctrico sufre una deformación (efecto piezo inverso). Pueden ser utilizados para convertir energía eléctrica en mecánica y viceversa.
  35. 35. APLICACIONES • • • • • La primera aplicación comercial fue en detectores ultrasónicos para submarinos Los encontramos en la vida diaria Estufas de gas Encendedores Relojes (aplica voltaje alterno se mueve ala frecuencia del mismo)
  36. 36. APLICACIONES Al recibir este las variaciones de presión sonora. Se comprime el diafragma
  37. 37. SENSORES STRAIN GAGE • • • • INTRODUCCIÓN: La deformación de un objeto se puede medir por medios mecánicos, ópticos, acústicos, neumáticos, y eléctricos. Las primeras galgas de tensión eran los dispositivos mecánicos que midieron la tensión midiendo el cambio en longitud y comparándolo a la longitud original del objeto. En general, los dispositivos mecánicos tienden a proporcionar resoluciones bajas, y son abultados y difíciles de utilizar. Los sensores ópticos son sensibles y exactos, pero son delicados y no muy populares en usos industriales. Utilizan las franjas de interferencia producidas por los planos ópticos para medir la tensión. Los sensores ópticos funcionan lo más mejor posible bajo condiciones del laboratorio.
  38. 38. CARACTERISTICAS • • La característica lo más extensamente posible usada que varía en proporción con la tensión es resistencia eléctrica. Aunque se han construido la capacitancia y las galgas de tensión inductancia-basadas, la sensibilidad de estos dispositivos a la vibración, a sus requisitos del montaje, y a la complejidad de circuito ha limitado su uso. La galga fotoeléctrica utiliza un rayo de luz, dos rejillas finas, y un detector de la fotocélula para generar una corriente eléctrica que sea proporcional a la tensión. La longitud de la galga de estos dispositivos puede ser tan corta como 1/16 pulgada, pero son costosos y delicados.
  39. 39. DEFORMACIÓN • La deformación se determina como los cambios en la longitud del cuerpo, la cual dividida entre la longitud original dará una medida de la deformación promedio. • Los sensores de deformación miden los cambios en sus propiedades físicas, como lo son el cambio de la resistencia eléctrica ocasionada por la deformación a la que el cuerpo se somete. • De los diversos tipos de sensores existentes en el mercado, los electrónicos son los mas exactos y tienen una velocidad de respuesta mayor, aunque tienden a ser mas caros.
  40. 40. OPERACIÓN • Un sensor electrónico de deformación consiste en un sistema de alambre embobinado sobre un diafragma detector de presión. Estos alambres están unidos al diafragma, de modo que si el diafragma se mueve, los alambres se estiran y producen un incremento en su resistencia eléctrica. Este cambio de resistencia se utiliza para producir una señal eléctrica la cual es directamente proporcional a la presión.
  41. 41. PUENTE DE WHEATSTONE • • Cualquier variación en la presión que mueva el diafragma del transductor cambia la resistencia de la galga y desequilibra el puente. El rango de medida de estos transductores es de 0-0.6 a 0-10,000 bar, y su precisión es de +- 0.5%.
  42. 42. CONCLUSIONES • Es importante conocer los diferentes instrumentos que poseen elementos primarios de medición muy variados entre sí, ya que se pueden utilizar para diferentes aplicaciones en la industria, cabe mencionar que algunos son más económicos que otros pero tienen mejor rango de operación, sin embargo todos los elementos tienen sus ventajas y sus desventajas y es importante considerarlas a la ahora de hacer una aplicación.
  43. 43. TEMARIO • • • • • • • • • • • • INTRODUCCIÓN CONVENCIÓN DE TEMPERATURA TERMOMETROS DE VIDRIO SENSORES TIPO BIMETALICO SENSORES TIPO SISTEMA LLENO SENSORES DE RESISTENCIA SENSORES RTD TERMISTORES TERMOPARES PIROMETROS TERMOPOZOS CONCLUSIONES
  44. 44. INTRODUCCIÓN • Existen dos parámetros fundamentales en el estudio de los fenómenos térmicos, los cuales son los siguientes: -La temperatura -El calor La definición precisa de estos parámetros presenta serias dificultades por lo cual nos limitaremos a mencionar algunas convenciones de las mismas.
  45. 45. INTRODUCCIÓN • CONVENCIÓN DE TEMPERATURA: De acuerdo con la convención de Celsius, el concepto de TEMPERATURA esta relacionado con la sensación de calor o frío, lo cual da una idea de comparación. Sin embargo para cuantificarla se recurre a algunas propiedades de la materia, tales como: longitud, volumen, resistencia eléctrica, etc. Cuando la temperatura aumenta en el sentido fisiológico del termino el volumen de los cuerpos materiales aumenta ligeramente, es decir se puede medir la variación de temperatura con la variación de volumen.
  46. 46. TERMOMETROS DE VIDRIO • INTRODUCCION: • ¿Qué es un Termómetro?. • Un termómetro es un instrumento que mide la temperatura de un sistema en forma cuantitativa. • Una forma fácil de hacerlo es encontrando una sustancia que tenga una propiedad que cambie de manera regular con la temperatura t(x)=ax+b.
  47. 47. TERMOSCOPIOS • Los primeros equipos usados para medir la temperatura fueron llamado Termoscopios .
  48. 48. TERMOMETROS DE MERCURIO • El termómetro más utilizado es el de mercurio, esta formado por: • un capilar de vidrio de diámetro uniforme comunicado por un extremo con una ampolla llena de mercurio. • El conjunto está sellado para mantener un vacío parcial en el capilar. • el mercurio es líquido dentro del rango de temperaturas de -38,9° C a 356,7° C
  49. 49. TERMOMETROS DE MERCURIO • Como un líquido, el mercurio se expande cuando se calienta, esta expansión es lineal y puede ser calibrada con exactitud. Cuando la temperatura aumenta, el mercurio se dilata y asciende por el capilar.
  50. 50. TERMOMETROS DE MERCURIO • La temperatura se puede leer en una escala situada junto al capilar. El termómetro de mercurio es muy utilizado para medir temperaturas ordinarias; también se emplean otros líquidos como alcohol o éter. El mayor defecto de los termómetros de Hg. es cuando se enfría el bulbo de haber sido calentado, se requiere mucho tiempo para regresar a su punto original. Si se calienta ha 100 ºC o mas y se enfría rápidamente, el mercurio llega mas abajo del punto cero que antes del calentamiento y tardara semanas para llegar a su punto original
  51. 51. TERMOMETROS DE ALCOHOL • Estos dispositivos operan bajo el mismo principio que los termómetros de Mercurio • su coeficiente de dilatación es casi constante; la variación del volumen por cada grado de aumento o descenso de temperatura es la misma. • El alcohol es utilizado debido a su bajo punto de congelación, mide temperaturas inferiores al punto de congelación del mercurio, -40 °C,
  52. 52. TERMOMETROS FIG UR A 1 DESCRIPCIÓN Largo bulbo mm RANGO Cº Termómetro de bolsillo (Hg.) 10 -30+50 2 Termómetro de pinchar, de vidrio, alcohol 25 -40+50 3 Termómetro de pinchar en tierra, alcohol 1000 0+80 4 Termómetro de pinchar caja metálica 120 -10+110
  53. 53. TERMÓMETROS DE LO-TOX • Calidad y la legibilidad hacen de éstos un substituto ideal para los termómetros de mercurio. Tienen un anillo de plástico igual al de los termómetros de mercurio el cual evita que ruede y además puede ser usado para que el termómetro pueda colgarse o ser suspendido.
  54. 54. EL TERMÓMETRO BREAKSAFE • El termómetro “Breaksafe” cuenta con una cubierta de seguridad a base de PVC, mucho más económico que la cubierta de teflón. Este termómetro “ Breaksafe” se encapsula con PVC para que al romperse en su uso no cause ningún accidente.
  55. 55. APLICACIONES • Los termómetros de forma V para máquinas son apropiados para la medición directa de la temperatura en el sitio de un medio líquido.Incluye las áreas de aplicación: • Aire acondicionado y refrigeración • Sistemas de calefacción y hornos Planta de Ingeniería y equipamientos • Manufacturación de máquinas Estaciones de poder para calefacción distritales.
  56. 56. TERMOMETROS
  57. 57. SENSORES TIPO BIMETALICO • El elemento primario está conformado por la unión de dos metales diferentes y por consiguiente cada uno tiene un coeficiente de dilatación por efectos de temperatura diferente de tal manera que las diferencias en uno son compensados en el otro; la unión de éstos dos materiales puede ser en toda su longitud o solamente por uno de sus extremos.
  58. 58. PRINCIPIO DE OPERACIÓN • Cuando la unión se hace en toda su longitud el elemento así conformado se enrosca en forma de resorte, uno de sus extremos va soldado a la cubierta que lo protege y el otro va unido por medio de un eslabón a una pluma o puntero que se energiza sobre una escala. Se conforman así los instrumentos indicadores. Cuando el bimetálico se calienta tiende a desenrollarse transmitiendo este movimiento por medio del eslabón a la pluma o puntero, éstos medidores son de una velocidad de respuesta rápida, de muy buena precisión y de muy bajo costo.
  59. 59. TERMOMETRO BIMETALICO • Cuando la unión de los dos metales se realiza solamente por uno de sus extremos, en los extremos libres se colocan unos topes que impiden una dilatación lineal para que cuando el bimetalico se caliente su deformación sea en forma de curva o de arco.
  60. 60. LOS MATERIALES QUE SE UTILIZAN SON • • • • INVAR: que es una aleación de níquel y hierro, como la tira baja expansión EL LATON: que es una aleación de níquel con cromo, como la tira de alta expansión SILICON LIQUIDO: el cual se utiliza en una unidad sellada herméticamente, con el fin de amortiguar la vibración y evitar la congelación a bajas temperaturas. ACERO INOXIDABLE: se construye totalmente excepto la carátula y el cristal, el cual es prácticamente irrompible.
  61. 61. VENTAJAS Y DESVENTAJAS • • • • • • • VENTAJAS No es necesario hacer correcciones por temperatura ambiente Su mantenimiento es mínimo Son relativamente resistentes Se tiene facilidad de lectura El costo es bajo No requiere de ningún instrumento secundario para desempeñar su función. • • DESVENTAJAS •Son susceptibles al cambio de calibración en manejo industrial muy rudo •Los daños debidos a golpes y vibraciones pueden quedar ocultos y no ser detectados •No pueden suministrar lectura remota • • • Los termómetros se recomiendan para usarse en trabajo continuo con temperaturas arriba de 427°C o en trabajo intermitente con temperaturas arriba de 538°C
  62. 62. SENSORES TIPO SISTEMA LLENO • Los sensores del tipo sistema lleno y mide la temperatura al variar la presión de un fluido contenido en un sistema cerrado y sellado constituido por un tubo, un tubo de conexión llamado tubo capilar y un elemento sensor de presión. La presión del fluido en el sistema varía con la temperatura al cambiar el volumen o la presión del vapor, dependiendo del tipo de sistema lleno que se utilice. Los siguientes son algunos de los diversos sistemas llenos que se suelen utilizar en la industria: • Sistema lleno de líquido o clase uno. • Sistema lleno de vapor o clase 2. • Sistema lleno de gas o clase 3. • Sistema lleno de mercurio o clase 4.
  63. 63. FACTORES A CONSIDERAR • Esta variedad de sistemas cubren colectivamente temperaturas que varían entre 270 grados centígrados y 815 grados centígrados; se considera un rango práctico de operación de -185 grados centígrados a 575 grados centígrados. La exactitud oscila entre 0. 5:02% del rango de la medición. • Cada uno de estos sistemas llenos tienen sus particularidades y sus ventajas. Al seleccionar el tipo de instrumento para una aplicación específica se debe considerar los siguientes factores: a) compensación por temperatura ambiente. b) limitaciones de la gama de operación. c) escala dividida uniformemente en comparación con escalas no uniformes. d) dimensión del bulbo y longitud del tubo. e) material de bulbo. f) capacidad para exceder la gama de operación. g) necesidades de torsión en el capilar, no es superable. h) objeciones a la presencia de mercurio. i) factores de costo • • • • • • • • •
  64. 64. VENTAJAS Y DESVENTAJAS • • • • • • • • • • Las ventajas que se tienen con el uso de este tipo de instrumentos de sistema de lleno son las siguientes: a) robustez del equipo. b) costo relativamente bajo. c) su independencia en cuanto a suministro de energía para su operación. d) adaptará mediciones moderadamente remotas. Algunas de las desventajas son las siguientes: a) limitaciones la longitud del tubo capilar. b) posibilidad de requerirse bulbos grandes. c) limitaciones del intervalo de medición mínimo. d) limitaciones temperatura máxima a medir. e) la desventaja más severa es la de la posible necesidad de cambiar todo el sistema por el peligro de daños físicos en tubos capilares de longitudes grandes.
  65. 65. SENSORES DE RESISTENCIA Los sensores resistivos son también llamados termómetros de resistencia y basan su operación en el comportamiento de ciertos metales que tienen un coeficiente de resistividad positivo, es decir, la resistencia aumenta con la temperatura. Estos instrumentos se usan para medir temperaturas, diferencias de temperatura o temperaturas promedio y son generalmente aplicables cuando se requieren intervalos de medición estrechos o en los casos que se requiera una alta precisión.
  66. 66. METALES USADOS • Platino (encapsulado) • Níquel • Tungsteno (donde se requiera la resistencia a la radiación nuclear) • Cobre
  67. 67. Estos materiales deben cumplir ciertas características como: 1. Alto coeficiente de temperatura (ά). Cuando mayor sea ά mayor será la sensibilidad y por lo tanto mayor será la variación de la resistencia con los incrementos de temperatura. 2. Relación lineal temperatura-resistencia. Cuanto más lineal sea la curva de respuesta menos errores se cometen en la medida. 3. Estabilidad de las características en la vida útil. Deben tener una buena fiabilidad para que las medidas con el paso del tiempo sigan siendo correctas.
  68. 68. CURVAS DE MATERIALES UTILIZADOS El níquel es el que ofrece una mayor sensibilidad (ά mayor), pero su margen lineal es menor que el del platino. Éste es el que ofrece mejores prestaciones, y la sonda 100, designada como PT100, es uno de los sensores de temperatura más comunes.
  69. 69. TERMOMETROS DE RESISTENCIA Los termómetros de resistencia pueden obtenerse con devanado sencillo, doble o triple, cada uno de ellos separado eléctricamente. Con el uso de mas de un devanado es posible que dos circuitos de medición independiente midan la misma temperatura además de tomar mas de una medición con solamente un sensor.
  70. 70. CARACTERISTICAS Generalmente los fabricantes presentan listas de termómetros de resistencia en numerosos tipos con el fin de satisfacer necesidades de aplicación especiales. El sensor del termómetro de resistencia algunas veces se encuentra devanado en un núcleo de cerámica, conectado a los cables que pasan a través del núcleo y relevado de esfuerzos térmicamente.
  71. 71. SENSORES RTD Los detectores de temperatura basados en la variación de una resistencia eléctrica se suelen designar con sus siglas inglesas RTD (Resistance Temperature Detector). El fundamento de las RTD es la variación de la resistencia de un conductor con la temperatura. En un conductor, el número de electrones libres no cambia apreciablemente con la temperatura. Pero si ésta aumenta, las vibraciones de los átomos alrededor de sus posiciones de equilibrio son mayores, y así dispersan más eficazmente a los electrones, reduciendo su velocidad media. Esto implica un coeficiente de temperatura positivo, es decir, un aumento de la resistencia con la temperatura.
  72. 72. SÍMBOLO DE UN RTD
  73. 73. VENTAJAS E INCONVENIENTES
  74. 74. LIMITACIONES DE USARLOS Autocalentamiento: Dado que las RTD necesitan alimentación, las va atravesar una corriente. Si esta es muy elevada se va producir autocalentamiento y por lo tanto una variación de resistencia no deseada. Esto nos introducirá errores en la medida, con lo cual hay que controlar la corriente que atraviesa a estos sensores. Rango de temperaturas: Aunque tienen un rango de temperaturas bastante amplio, a temperaturas elevadas la medición es menos exacta Conexión: Lo normal en muchos casos, es que el sensor no este al lado del circuito de acondicionamiento
  75. 75. APLICACIONES • Medida de temperaturas: Se pueden hacer medidas tanto del ambiente como en líquidos, depende de la protección de la sonda. • Detector de nivel de líquido: Una RTD puede disipar su propio calor más fácilmente en líquido en reposo que en aire en reposo. Este comportamiento sugiere su utilización en sistemas de detección o de control de nivel de líquido
  76. 76. APLICACIONES Alarma/control de llama piloto: Mientras la llama esta encendida la RTD tendrá un valor, en cuanto se apague su resistencia disminuirá y se puede activar una alarma de aviso. Anemómetro: En el exterior, expuesto al viento se monta rígidamente un RTD mientras que el otro RTD trabaja situado en una zona de aire en reposo y a la misma temperatura que el aire donde esté el primer RTD. Cuando el primer RTD es expuesto al viento, su temperatura y por consiguiente su resistencia varía.
  77. 77. BOBINA RTD DEL ESTATOR Para detectar temperaturas en las bobinas, las corrientes aéreas, y los gasstreams de motores, de generadores, y del equipo auxiliar. Con una temperatura de funcionamiento máximo de 155ºC o de 180ºC.
  78. 78. FINES GENERALES RTD Para detectar temperaturas en aire, líquidos, los gases, y los sólidos en una variedad de usos de control de proceso.
  79. 79. TERMISTORES • Cobalto • Níquel • Cobre • Estaño • Titanio • Hierro • Magnesio • Manganeso • Uranio • Zinc
  80. 80. TERMISTORES A diferencia de otros tipos de instrumentos tienen una composición que varían en función del rango de medición y de la sensibilidad requerida, no es recomendable la aplicación de estos elementos en los procesos industriales debido a la falta de linealidad y a la baja temperatura máxima permisible. Debido a su alta sensibilidad puede ser la mejor selección para hacer una medición con una alta exactitud.
  81. 81. TIPOS DE TERMISTORES Los termistores mas usados son los que tienen forma de botón con revestimiento de vidrio, estos equipos utilizan por lo general dos alambres de cobre. • NTC (Negative Coefficient) Temperature • PTC (Positive Coefficient) Temperature
  82. 82. TERMOPARES • ¿Qué es un termopar? • Es un elemento primario que consiste de un par de conductores de materiales distintos unidos entre si, que generan una fuerza electromotriz cuando las dos uniones están a distintas temperaturas. • ¿Para que sirve un termopar? • Es utilizado para censar la temperatura.
  83. 83. ¿CÓMO FUNCIONA? • Su funcionamiento esta basado en al efecto Seebeck, que dice que la circulación de una corriente en un circuito formado por 2 metales diferentas, cuyas uniones( la caliente o de medida y la fría o de referencia.), se mantienen a distintas temperaturas, se comporta obedeciendo a 2 efectos termoeléctricos combinados, el efecto Peltier que provoca la liberación o absorción de calor en la unión de los dos metales distintos cuando una corriente circula a través de la unión y el efecto Thomson que consiste en la liberación o absorción de calor cuando una corriente circula a través de un metal homogéneo en el que existe un gradiente de temperatura
  84. 84. ¿CÓMO FUNCIONA? • • • • Estudios realizados sobre el comportamiento de los termopares han permitido establecer tres leyes fundamentales: 1.-La ley del circuito homogéneo: En un conductor metálico homogéneo no puede sostener la circulación de una corriente eléctrica por la aplicación exclusiva de calor. 2.-La ley de los metales intermedios: Si en un circuito de varios conductores la temperatura e uniforme desde un punto de soldadura A a otro punto B, la suma algebraica de todas las fuerzas electromotrices totalmente independiente de los conductores metálicos intermedios y es la misma que si pusieran en contacto A y B. 3.-La ley de las temperaturas sucesivas: La f.e.m. generada por un termopar con sus uniones a las temperaturas T1 y T3 es la suma algebraica de la f.e.m. del termopar con sus uniones a T1 y T2 y de la f.e.m. del mismo termopar con sus uniones a las temperaturas T2 y T3.
  85. 85. ¿CUÁNTOS TIPOS DE TERMOPAR EXISTEN? • Son varios los tipos de termopares que hay en el mercado, los que los diferencia unos de otros es la aleación de los conductores de los que están hechos. • Las aleaciones con las que se fabrican los termopares se escogieron sobre todo por su potencial termoeléctrico, costo razonable, estabilidad del tamaño del grano, linealidad en la curva temperaturaf.e.m., y puntos de fusión mayores que la temperatura que se va a medir. Las aleaciones son las siguientes: • -Cromel: 90% de níquel, 10% de cromo • -Alumel: 94% de níquel, 3% de manganeso • -Constantán: 54% de cobre, 46% de níquel.
  86. 86. ¿CUÁNTOS TIPOS DE TERMOPAR EXISTEN? • También se utiliza el hierro, platino y rodio, los termopares que se pueden formar con estos materiales son los siguientes: • -Tipo E, Cromel-Constantán. • -Tipo T, Cobre-Constantán • -Tipo J, Hierro-Constantán. • -Tipo K, Cromel-Alumel. • -Tipo R, Platino/ platino-Th al 13% • -Tipo S, Platino/ platino-rodio al 10% • -Tipo B, Pt-Rh 6%/ Pt-Rh 30%.
  87. 87. CARACTERÍSTICAS DE TERMOPARES
  88. 88. CARACTERÍSTICAS DE TERMOPARES
  89. 89. PIROMETROS • OBJETIVOS: • CONOCER LOS PIROMETROS MAS IMPORTANTES QUE EXISTEN • CONOCER SUS CARACTERISTICAS PRINCIPALES • CONOCER SU FUNCIONAMIENTO • CONOCER SUS PRINCIPALES APLICACIONES EN LA INDUSTRIA
  90. 90. INTRODUCCION • LOS TERMOPARES SON LOS UNICOS DETECTORES DENTRO DE ESTE GRUPO QUE SE PUEDEN UTILIZAR A TEMPERATURAS MUY BAJAS. • LOS PIROMETROS SE USAN INDUSTRIALMENTE CUANDO LAS TEMPERATURAS SON SUPERIORES AL RANGO PRACTICO DE OPERACIÓN DE LOS TERMOPARES Y POR EL CUAL NO SE PUEDE ESTAR EN CONTACTO DIRECTO CON LAS TEMPERATURAS QUE SE MANEJAN.
  91. 91. CLASIFICACIÓN TERMOPARES PIROMETROS DE RADIACION MEDICIONES INDUSTRIALES (-185a 541oC) PIROMETROS OPTICOS
  92. 92. PIROMETROS La rotación de la bobina mueve la aguja indicadora a lo largo de la escala y tanto la bobina como la aguja, sufren una deflexión contra resortes en espiral .Estas espirales restringen el movimiento de la bobina y la aguja y los devuelven a la posición de cero cuando se suspende la corriente. Dado que el instrumento mide el voltaje generado por la diferencia de temperaturas entre la unión de medición y de referencia a una temperatura constante o que el instrumento de medición tenga una compensación automática y precisa para los cambios de temperatura en dicha unión.
  93. 93. PIROMETROS POTENCIOMETRICOS • El pirómetro potenciometrico funciona básicamente bajo el principio de señal de error en el que la fem generada por el termopar se puede considerar como la señal de error. Esta fem generada se compara después mediante un sistema de potenciómetro para obtener una condición nula o de cero, y la señal de error necesaria para obtener la condición nula se indica o registra mediante el sistema del potenciometro, como la fem generada. En la 5.14 se muestra un sistema potenciometrico simple. En un sistema potenciometrico no es necesario igualas las resistencias de los termopares con el potenciometro, debido a que se emplea una fuerza contraelectromotriz para producir una corriente nula
  94. 94. PIROMETROS POTENCIOMETRICOS • • En un sistema de potenciometro manualmente operado, una fem del potenciómetro se neutraliza con la fem generada por el termopar para producir una lectura de cero del galvanómetro, no obstante, la fuerza contraelectromotriz usada y leída en la carátula del brazo corredizo del potenciómetro debe compararse a una tabla de conversiones para la combinación particular de alambres usada en el termopar y corregida para la temperatura ambiente, si no se utiliza la referencia del punto de fusión del hielo. Se fabrican pirometros potenciometricos pequeños y compactos para medir la salida de algunas clases de termopares especificas como los de cromelalumel, hierro-constantan cobre-constantan,platinoplatino-rodio.
  95. 95. PIROMETROS POTENCIOMETRICOS
  96. 96. PIROMETROS DE RADIACIÓN Cuando se deben medir temperaturas y el contacto físico con el medio que se va a determinar es imposible o poco practico, se recurre al uso de métodos ópticos y de pirometria de radiación térmica. La pirometria de radiación mide el calor radiante emitido o reflejado por un objeto caliente. Aunque la teoría indica que deben ser sensibles a todo el espectro de energía irradiada por le objeto, los pirómetros de radiación térmica se basa en los conceptos del cuerpo negro, la radiación detectada por la celda de radiación térmica variara en la cuarta potencia de la temperatura absoluta de la fuente. La relación de energía de radiación térmica y temperatura para una condición de cuerpo negro se puede expresar:
  97. 97. PIROMETROS DE RADIACIÓN • W = k T04 • En donde: W = energía radiante emitida por unidad de área del cuerpo negro • K = constante de Stefan-Boltzmann • T0 = temperatura absoluta en grados kelvin • Esta es la ley de Stefan-Boltzmann y en ella se supone que el cuerpo negro irradia hacia un receptor que se encuentra en el cero absoluto.
  98. 98. PIROMETRO DE RADIACION
  99. 99. APLICACIONES DEL PIROMETRO DE RADIACIÓN. Los pirómetros de radiación se usan principalmente cuando las temperaturas son superiores al rango practico de operación de los termopares, cuando la vida del termopar es corta debido a las atmósferas corrosivas, cuando el objeto cuya temperatura se va a medir esta en movimiento en procesos al vació o en hornos a presión, cuando los censores de temperatura dañarían al producto (por ejemplo, crecimiento de cristales) y para obtener la temperatura promedio de una superficie grande cuando es poco practico conectar censores de temperatura primarios.
  100. 100. PIROMETRIA OPTICA El pirómetro óptico es el dispositivo oficial reconocido internacionalmente para medir temperaturas 0 superiores a 1063 Se ha utilizado para establecer la escala internacional de temperaturas superiores a 1063 0C. El pirómetro óptico es un dispositivo para medir la temperatura de un objeto caliente por la brillantez de la superficie de dicho objeto. El ojo humano, sin ninguna ayuda, fue el primer pirómetro óptico que se uso para determinar la temperatura de objetos candentes. Este método es aproximado y cuando mucho permitía hacer solo una estimación, pero constituía el único medio disponible para determinar altas temperaturas. La pirometria óptica usa un instrumento con el que se mide la brillantez desconocida de un objeto, comparándola con la brillantez conocida de una fuente fija. El instrumento también se puede calibrar con precisión comparándolo con una fuente conocida.
  101. 101. PIROMETRO OPTICO Los pirómetros se pueden clasificar de un modo aproximado en dos grupos generales. El primer tipo compara óptimamente la luz del objeto caliente con la de una lámpara en le instrumento. La salida de luz de la lámpara de comparación se mantiene constante con una corriente eléctrica constante a través del filamento. La comparación con el cuerpo caliente se lleva a cabo haciendo girar una cuña de absorción óptica graduada para cambiar la brillantes aparente del cuerpo caliente hasta que se esfuma la pequeña marca de prueba luminosa que aparece en el campo de visión.
  102. 102. PIROMETRO OPTICI PYRO El pirómetro óptico pyro emplea una cuña óptica. El sistema óptico de lentes y prismas actúa como un telescopio y permite tener una visión clara y amplificada del objeto caliente cuya temperatura se desea medir. La luz emitida por el objeto caliente atraviesa tanto el sistema óptico como la cuña, mediante un anillo de tambor de escala, la luz emitida por el objeto caliente atenúa a una intensidad igual a la de la luz producida por una lámpara incandescente estándar contenida dentro del instrumento.
  103. 103. PIROMETRO MICROOPTICO PYRO • El pirómetro micro óptico es fundamentalmente un instrumento de laboratorio con un alto grado de precisión y se puede utilizar para medir blancos de menos de 1 milésima de pulgada de tamaño, a una distancia de 5.5 in. El pirómetro micro óptico se produce en varios modelos que abarcan el rango de temperatura comprendido entre 700 y 5000 oC en tres rangos. Utilizando filtros montados externamente, se puede ampliar la escala a 10,000oC(18000oF). Estas lecturas mas elevadas no son directas, sino que se deben determinar por medio de graficas comparativas. La calibración se realiza individualmente con los filtros correspondientes, de tal suerte que dichos filtros no pueden intercambiarse con otros, sino solo con el instrumento que se utilizo durante la calibración.
  104. 104. COMPARATIVA TIPO DE SENSOR TERMOPARES COBRE-CONTANTAN HIERRO-CONTANTAN CROMEL-ALUMEL METALES NOBLES RADIACIÓN INFRARROJA RAYO TUBE TERMICO RADIOMATIC TERMICO OPTICO CUÑA OPTICA FILAMENTO DE LAMPARA DE COMPARACIÓN MICROOPTICO OPTICO PYRO LEEDS AND NORTHRUP RANGO DE TEMPERATURA ( o F ) -300 A 2700 -300 A 600 0 A 1400 600 A 2300 13000 A 2700 65 A 4550 65 A 46550 800 A 4000 125 A700 1063 A 18,000 1063 A10,000 1292 A 18,000 1292 A 18,000 1063 A10,000 100 A 10,470
  105. 105. TERMOPOZOS • Los termopozos sólo dispositivos de protección para los elementos primarios sensores de temperatura, que suministran la señal de salida a indicadores, registradores o controladores. Estos dispositivos protegen al sensores de cambios bruscos del presente temperatura, así como para dar protección contra fluidos corrosivos, para dar protección contra daños mecánicos y para soportar el elemento censor y permitir el removimiento de este con la planta de operación. Es muy importante mantener un buen contacto físico entre elemento censor de temperatura y su termpozo.
  106. 106. TERMOPOZO • Un termopozo es generalmente conectado al equipo del proceso (tubería, tanque, etcétera), por medio de rosca, bridas o soldado. • La colección rosca de normalmente se tienen presiones en el proceso muy altas para poder usar conexiones roscadas o bridadas. Estas conexiones soldadas son comúnmente utilizadas en líneas de vapor donde se tienen alta presión y alta velocidad del fluido.
  107. 107. CONCLUSIONES • De los procesos industriales, es frecuente el poder medir satisfactoriamente la temperatura con varios tipos de sensores. Por ejemplo, con sensores tipo bimetálico, con sensores de resistencia o con termopares; asimismo también con diversos subtipos, tales como termopares de hierroconstantano, termopares de cobre-constantano, etcétera. En consecuencia, la selección del tipo de sensor para una cierta aplicación en un proceso no es tan simple y puede de involucrar factores de disponibilidad, costo, exactitud, vida, útil, minimización y normalización de tipos, condiciones de servicio, etcétera. La información técnica de los diversos tipos de sensores deben estudiarse a fondo junto con el proceso donde se deben aplicar a fin de seleccionar el instrumento más idóneo y eficiente.
  108. 108. TEMARIO • • • • • • • • • • • • INTRODUCCIÓN DEFINICIÓN DE FLUJO MEDICIÓN DE FLUJO PLACAS DE ORIFICIO TOMAS DE PRESIÓN TOBERA DE FLUJO TUBO VENTURI TUBO PITOT TUBO DALL ROTAMETRO MEDIDOR DE FLUJO TIPO PISTÓN MEDIDOR DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO • MEDIDOR DE DISCO OSCILANTE
  109. 109. TEMARIO • • • • • • • • • MEDIDOR DE PISTON OSCILANTE MEDIDOR DE IMPULSOR LOBULADO MEDIDOR DE DERIVACION ROTATORIA MEDIDOR ROTATIVO CICLOIDAL MEDIDOR ROTATIVO BIRROTOR MEDIDOR ROTATIVO OVALES MEDIDOR DE FLUJO TIPO TURBINA MEDIDOR DE FLUJO TIPO VORTICE MEDIDOR DE FLUJO TIPO ELECTROMAGNETICO • MIRILLAS DE FLUJO • CONCLUSIONES
  110. 110. INTRODUCCIÓN • • • • La correcta medición del flujo de líquidos y gases en las plantas industriales es de vital importancia por muchas razones, entre las cuales citamos las siguientes: a).- Es necesaria una medición exacta con el fin de obtener las adecuadas proporciones de fluidos en los procesos. b).- El mantener relaciones bien definidas de flujo es importante para optimizar la producción. Sin una medición exacta del flujo, no se podrá lograr un control preciso de los procesos. c).- Como los costos de producción se basan en la medición del flujo de fluidos, dicha medición debe ser lo más precisa posible. Considerando que los enormes volúmenes de gas, vapor y muchos líquidos que deben ser medidos y controlados diariamente en la planta productiva, deberán tenerse presente que pequeños porcentajes de error representan grandes cantidades de dichos fluidos.
  111. 111. DEFINICIÓN DE FLUJO • El caudal o flujo es la cantidad de fluido que circula por un conducto o cauce en un tiempo determinado. Para transportar los fluidos de un lugar de la planta a otro o de un proceso a otro; para esto se necesita instalar sistemas de tubería apropiados. La finalidad es canalizar el fluido a donde se necesita y, al mismo tiempo, mantenerlo aislado del medio externo.
  112. 112. MEDICIÓN DE FLUJO • Introducción: • La correcta medición del flujo de líquidos y gases en las plantas industriales es de vital importancia por muchas razones, entre las cuales citamos las siguientes: a) Es necesaria una medición exacta con el fin de obtener las adecuadas proporciones de fluidos en los procesos. b) Mantener relaciones bien definidas de flujo es importante para optimizar la producción. c) Sin una medición exacta de flujo, no se podrá tener un control preciso de los procesos. d) Como los costos de producción se basan en la medición de flujo de fluidos dicha medición debe de ser lo mas precisa.
  113. 113. ELEMENTOS PRIMARIOS PARA LA MEDICIÓN DE FLUJO
  114. 114. INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN DE FLUJO
  115. 115. FLUJO DE FLUIDOS • Flujo laminar : la situación ideal del flujo en una tubería se establece cuando las capas de fluido se mueven en forma paralela una a la otra. • Las capas de fluido próximas a las paredes internas de la tubería se mueven lentamente, mientras que las cercanas al centro lo hacen rápidamente.
  116. 116. FLUJO DE FLUIDOS • Flujo turbulento : Las partículas de fluido se mueven en forma desordenada con respecto a la dirección del flujo. • La turbulencia es causada por el exceso de velocidad de circulación, por cambios bruscos del diámetro de la tubería, y por la rugosidad interna de la misma la turbulencia produce excesiva perdida de presión en los sistemas y sobrecalentamiento del aceite.
  117. 117. FLUJO DE FLUIDOS • Reynolds dedujo que los cuatro factores anteriores pueden combinarse y que el cambio en el tipo de fluido sucede a una magnitud definida de la combinación de los mismos, tal como se indica a continuación: Donde: R: numero de Reynolds. D: es el diámetro interior del tubo, en cm. V: es la velocidad lineal promedio del fluido en m/seg. ρ: es la densidad del fluido en Kg./cm3. μ: es la viscosidad del fluido (Kg.-fza seg./cm2)
  118. 118. ECUACIÓN DE BERNOULLI • En base a sus estudios, Bernoulli enuncio el siguiente teorema: • En un liquido ideal cuyo flujo es estacionario la suma de las energías cinética, potencial y de presión que tiene el liquido en su punto, es igual a la suma de estas energías en otro punto cualquiera.
  119. 119. PLACAS DE ORIFICIO • DEFINICION DE PLACA DE ORIFICIO: • La placa de orificio es el elemento primario para la medición de flujo más comúnmente utilizado por su simplicidad, facilidad en su fabricación, sencillez en su instalación, fácil reemplazo y bajo costo. • La placa de orificio consiste en una placa perforada que se instala en la tubería, el orificio de la placa puede ser de tres formas diferentes: concéntrico, excéntrico y segmental, como se va a ver más adelante.
  120. 120. COMO FUNCIONA LA PLACA DE ORIFICIO • • • • • • • Funciona principalmente por una restricción en la línea de flujo, que hará que el flujo se contraiga y como este permanece constante, la velocidad del flujo aumente al pasar por la restricción y su presión qué, es estática disminuye de acuerdo con la ley de conservación de la energía. Esta diferencia de presiones antes y después de la restricción, a la que, como dijimos se le llama DIFERENCIAL, representa un índice que es proporcional al cuadrado de la velocidad del fluido. Para determinar el volumen o cantidad de fluido basta con multiplicar el índice de la velocidad por el área de la restricción, con lo cual obtenemos la ecuación básica del flujo siguiente: Q = C * A* V Donde: Q es la cantidad de flujo. C es el coeficiente de descarga. A es el área de la restricción. V es la velocidad del fluido, flujo arriba de la restricción.
  121. 121. PLACA DE ORIFICIO
  122. 122. TIPOS DE ORIFICIO • Placa con orificio concéntrico: Este tipo de placa es la más común, teniendo su orificio perforado precisamente en el centro de la placa. • Placa con Orificio excéntrico: Este tipo de placa tiene su orificio perforado excéntricamente, es decir, el orificio esta fuera del centro de la placa. • Placa con orificio segmentado: Este tipo de placa, su orificio perforado en la misma no es circular, ni se localiza en el centro de la misma.
  123. 123. UBICACIÓN DE LA PLACA DE ORIFICIO
  124. 124. PERFILES DE ORIFICIOS • Entre los diversos perfiles que se utilizan, se pueden destacar los siguientes:
  125. 125. VENTAJAS Y DESVENTAJASDE LA PLACA DE ORIFICIO
  126. 126. TOMAS DE PRESIÓN En la industria, se tienen cuatro diferentes formas para instalar las conexiones, derivaciones o tomas de presión cuando se utilizan placas de orificio para la medición de flujo, las cuales se describen brevemente a continuación: • • • • Tomas de brida Tomas de tubería Tomas de vena contracta Tomas de esquina
  127. 127. TOMAS DE BRIDA El uso de la placa se remonta al año de 1905, cuando Thomas R. Waymouth inició experimentaciones con una placa delgada, de corte a escuadra y con un orificio concéntrico con la que se midieron grandes volúmenes de gas. Para esa medición experimental, se adoptaron tomas de alta y baja presión localizadas a una distancia de 25.4mm (1in.) flujo arriba y similarmente flujo abajo de ambas caras de la placa . Esta localización de las tomas se ha adoptado como norma en la industria y se conoce como tomas de brida. Estas tomas las proporciona el fabricante de las bridas porta placa.
  128. 128. TOMAS DE TUBERÍA Hacia el año de 1913, E.O.Hichstein publicó datos muy similares a los de Waymouth, únicamente se diferenciaban en que las tomas de presión adoptadas por el Hichstain se localizaban como sigue: La toma de alta presión se localiza a una distancia de 2 ½ diámetros de tubería flujo arriba de la placa y la toma de baja presión se localiza a una distancia de 8 diámetros de tubería flujo debajo de la placa. Estos datos técnicos también fueron publicados por la A.G.A. en 1935. Este tipo de tomas son conocidas actualmente como tomas de tubería. En este caso únicamente se mide la perdida de fricción. A estas distancias, la presión diferencial o caída de presión es muy pequeña, con lo cual es posible hacer la medición de un flujo grande. Cabe decir que este tipo de conexiones son muy usadas para la medición de flujo de gas natural.
  129. 129. TOMAS DE VENA CONTRACTA Hacia el año de 1916 Horace Judd publicó sus estudios sobre otro tipo de tomas conocidas como tomas de vena contracta, las cuales se localizan como sigue: la toma de baja presión se hace en donde ocurre la contracción de la vena de fluido o punto de mínima presión y la toma de alta presión se hace en un punto determinado por la experiencia para obtener la presión estática verdadera. Este tipo de tomas se aplican cundo se desea aprovechar la presión diferencial máxima a través del orificio. En esta medición, la distancia a la que sé efectúa la máxima contracción de la vena con respecto a la placa de orificio, depende del tamaño del diámetro de la tubería y la relación de diámetros entre el orificio y la tubería.
  130. 130. TOMAS DE ESQUINA En Europa, es muy común el uso de unas tomas de presión localizadas directamente en las caras de la placa, tanto en el lado de alta presión como en el lado de baja presión. A este tipo de tomas se les conoce como tomas de esquina o tomas de rincón. Este tipo de conexiones solo se recomienda para tuberías menores de 50.8mm (2 in.) de diámetro.
  131. 131. TOMAS TOMAS EN LA BRIDA TOMAS EN LA VENA CONTRACTA TOMAS EN LA TUBERIA TOMAS DE ESQUINA
  132. 132. DISPOSICIONES DE TOMAS
  133. 133. TOBERA DE FLUJO La Aplicación de la tobera de flujo se inicio en el siglo XIX y, fue hasta el año de 1930 que en Alemania se normalizó su uso en la industria. Una tobera de flujo se compone de una entrada elíptica y una sección de garganta cilíndrica. Debido a su entrada suave, este elemento de flujo aprovecha la eficiencia y la exactitud del tubo venturi y por lo tanto debe ser fabricada con muchas especificaciones de exactitud.
  134. 134. TOBERA
  135. 135. TOBERA Las toberas no alteran el patrón de flujo tanto como los orificios y la perdida de presión correspondiente es mucho menor. Los laboratorios de investigación de Leatherhead, Han estudiado la posibilidad de usar toberas medidoras de flujo de vapor que tengan errores menores al 1%.
  136. 136. FACTORES DE INFLUENCIA PARA SELECCIONAR TOBERAS DE FLUJO Entre los factores que tienen influencias para la selección de elementos primarios de flujo tipo tobera de flujo, se tienen los siguientes: 1.- Presenta mediana pérdida de presión permanente. 2.- Este elemento requiere poco mantenimiento. 3.- Con este elemento se permite el paso y la medición de flujo en aproximadamente 1.6 veces más fluido que con una placa de orificio a las mismas condiciones de operación. 4.- Se obtiene una mayor presión diferencial que en el tubo de Venturi. 5.- Este elemento primario de flujo es de mayor costo que la placa de orificio y es de menor costo que el tubo venturi.
  137. 137. TUBO VENTURI • Este elemento primario es un instrumento que ocasiona una pequeña presión diferencial y se compone de una sección convergente que corta, un punto de diámetro mínimo y de una sección divergente relativamente larga. el dispositivo se instálala en la tubería en la misma forma que cualquier otro tubo de tipo común, pero su sección media tiene un diámetro más pequeño llamado garganta.
  138. 138. LOS TUBOS VENTURI CLÁSICOS ESTÁN PRODUCIDOS DE DIFERENTE FORMA • • • • Se componen de un cilíndro de entrada, Una bocina de entrada, a la que esta conectado un cuello cilíndrico Una bocina de salida. Aplicación Para la medición del flujo de gases, vapores y fluidos agresivos y no agresivos cuando es especialmente importante que haya poca perdida de presión
  139. 139. APLICACIONES Y VENTAJAS DE TUBOS VENTURI • • • • • • • • • • • • • Alta precisión en líquidos y gases En muchas aplicaciones la precisión es ± 0.5%, y se puede obtener precisión hasta ± 0.25% con calibración en el laboratorio. Bajo mantenimiento - no hay partes para reemplazar Baja caída de presión Aceptan fluidos con contenido de partículas solidas Amplio rango de flujo - se mantiene el mismo coeficiente de flujo sobre todo su rango No se requiere un tramo largo de tubería recta aguas arriba del tubo Venturi Costo de bombeo reducido Resistentes a fluidos abrasivos, pesados, y corrosivos Son disponibles en varios materiales acero, acero inoxidable, fibra vidrio Son aptos para altas presiones Disponibles en diámetros hasta 108 pulgadas
  140. 140. TUBOS VENTURI • Tubo Venturi Tipo VTF. Bajo peso, alta fuerza, extremos bridados para insertar entre bridas • Tubo Venturi Tipo VTFS. Muy bajo peso, soldado dentro de un tubo. Más económico para diámetros grandes, y aplicaciones de alta presión
  141. 141. TUBO PITOT • El tubo de Pitot lleva este nombre en homenaje a Henri Pitot (1695– 1771). • Científico francés que inventó dispositivos para medir el flujo de agua en ríos y canales.
  142. 142. QUE ES EL TUBO DE PITOT • El tubo Pitot es un sensor de flujo de presión diferencial; es el elemento primario de un instrumento de flujo. • Es un tubo de pequeño diámetro y doblado en ángulo recto que se opone al flujo. La abertura del tubo esta dirigida hacia arriba, de modo que el fluido penetre dentro de la abertura y suba por el tubo • Un tubo de Pitot permite determinar la velocidad de un fluido y su caudal en un punto en el que se conoce a priori la dirección del flujo.
  143. 143. ¿CÓMO FUNCIONA EL TUBO DE PITOT? • Para medir flujo el tubo de Pitot se basa en la medida de la presión diferencial • (diferencia entre la presión total y la presión estática). Debido a la escasa caída de presión que presenta y Bajo precio el uso del tubo de Pitot se recomienda cuando no se requiera gran precisión, siempre que: • • El fluido este limpio • El diámetro de la tubería sea grande. • La velocidad sea alta.
  144. 144. TIPOS DE TUBO DE PITOT • Tubo de Pitot Normal: Es el que debe emplearse normalmente, salvo cuando se obtengan resultados erróneos. • Tubo de Pitot Tipo S: Puede usarse cuando el tubo de Pitot Normal se obstruya por la acción del polvo, humedad o ambos.
  145. 145. APLICACIONES • Las aplicaciones del tubo de Pitot son muy variadas, un ejemplo: Aviación: Los aviones usan sistemas basados en este dispositivo para determinar su velocidad respecto al aire. Éste se encuentra, por lo general, fijado a un ala de un avión, que mide la presión dinámica del aire a medida que el avión se mueve. Está conectado directamente al velocímetro, que muestra la presión dinámica del aire en una escala por lo general calibrada en nudos.
  146. 146. TUBO DAHL • Otro elemento primario para medición de flujo que se ha venido utilizando durante algún tiempo, es el tubo venturi modificado, el cual se le conoce como tubo dahl. • En este instrumento se tiene una sección cilíndrica estrecha en cada lado de la garganta. Debido a esto, después que el flujo de fluido pasa a través de un cono de entrada, encuentra un borde pronunciado, después que el flujo cruza el canal de la garganta y a continuación choca con otros dos bordes pronunciados. En un punto, el fluido sufre una expansión repentina debido al cambio de sección y a que los conos son truncados. El instrumento completo tiene aproximadamente dos metros de largo.
  147. 147. TUBO DAHL • La presión diferencial producida por un tubo de dahl es bastante mayor a las producidas por una tobera de flujo y la de un tubo de venturi. Por ejemplo para una relación de β de 0.36, se duplica la presion diferencial.para gargantas muy grandes, donde el factor de velocidad de aproximación ocasiona una disminución de los tubos de venturi, por lo que para este caso, la ventaja del tubo dahl es mayor.
  148. 148. VENTAJAS 1. la presión diferencial es sensible a los disturbios flujo arriba y por lo tanto requiere una longitud mayor de tubería recta en la sección de entrada. 2. el coeficiente de descarga se hace variable para números de Reynolds considerablemente grandes.
  149. 149. ROTAMETRO Medidor de sección transversal variable, que consiste en un conducto transparente y un "flotador" (en realidad es más pesado que el líquido), el cual se desplaza hacia arriba debido al flujo también hacia arriba a través del conducto. El tubo se gradúa para leer el gastos directamente. Varias ranuras practicadas en el flotador ocasionan que éste gire, manteniendo así una posición central en el tubo. Cuanto mas grande sea el gasto; más arriba será la posición que el flotador alcance. G = vfdfg , F = vfd1g E = Cdd1*Af*(v2/g). F+E=G G=peso del flotador. Vf=volumen del flot. df= densidad del flot. d1=densidad del fluido E=fuerza de arrastre del fluido sobre el flot. F=fuerza de empuje del fluido sobre el flot. Cd=coeficiente de arrastre del fluido sobre el flot. v=velocidad de sección del flot. Af= área de la sección del flot.
  150. 150. MATERIALES COMUNMENTE EMPLEADOS El material más empleado en los flotadores es el acero inoxidable 316 si bien, para satisfacer la gran variedad de requerimientos de resistencia a la corrosión que se presenta en la industria. Se utilizan flotadores de plástico, si bien se prefieren los metálicos por su mayor facilidad de mecanización del borde superior.
  151. 151. MATERIALES COMUNMENTE EMPLEADOS Materiales comunes de flotadores normales Material Densidad. Material. Densidad. Aluminio 2.72 Inox. 316 8.04 Bronce 8.78 Hastelloy B 9.24 Durimet 8.02 Hastelloy C 8.94 Monel 8.84 Plomo 11.38 Níquel 8.91 Tantalio 16.60 Goma 1,20 Titanio 4.50 Inox. 304 7.92 Teflón 2.20
  152. 152. LAS ESCALAS DE LOS ROTÁMETROS Están grabadas en una escala de latón o de aluminio montada a lo largo del tubo y situada en coincidencia con la línea de cero del tubo o bien directamente en el tubo de vidrio. La escala en unidades directas del caudal (referido siempre a unas condiciones de servicio dadas.) o bien en porcentaje de 10 a 100 % de la escala total, se añade un factor de multiplicación a todas las lecturas para convertir a unidades de caudal en volumen o peso del fluido.
  153. 153. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS ROTÁMETROS DE TUBOS DE VIDRIO Si en un tubo cónico en posición vertical, el fluido circula de abajo hacia arriba con suficiente velocidad, el flotador será elevado hasta un punto en que se establezca el equilibrio. El flotador asciende hasta encontrar una sección libre de paso, necesaria para originar un incremento de presión constante. Como el incremento de presión es función cuadrática de la velocidad y el caudal se define como el producto de la sección por la velocidad, cada posición de equilibrio del flotador corresponde a una medida de caudal.
  154. 154. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE ROTÁMETROS DE TUBO METÁLICO • Se basa en el principio de medida de área variable. El caudal empuja un flotador con una conicidad calculada, que se mueve libre y guiado mediante estrellas, a lo largo de un tubo con anillo de diafragmación, incrementando el área libre en sus diferentes alturas. • El flotador alcanza un punto de equilibrio, cuando la fuerza ascensional ejercida por el fluido, iguala la fuerza de gravedad. Una variación de caudal, altera el equilibrio de fuerzas desplazando el flotador ascendente o descendente, hasta una nueva posición de equilibrio. Cada punto de equilibrio, equivale a un caudal.
  155. 155. MEDIDOR DE FLUJO TIPO PISTÓN Están diseñados para medir flujos de fluidos viscosos ( alquitrán caliente, aceites combustibles, licor negro, etc.), fluidos que son difíciles de medir promedio de otros dispositivo. El instrumento transmite la señal de medición en forma eléctrica o neumática a un indicador o a un registrador con escala graduada uniformemente. Los medidores de flujo de tipo pistón no son tan extensamente usados como los rotámetros. Estos medidores deben usarse con fluidos limpios y libres de partículas sólidas.
  156. 156. COMO TRABAJA EL ESTILO PISTON LL Un pistón con una abertura central circular está asentado por un resorte cargado en un eje torneado a precisión. El flujo de fluido causa que el pistón se mueva a lo largo del eje, creando un espacio variable (entre el orificio y el eje). La posición de equilibrio del pistón está mecánicamente conectada al puntero o aguja de lectura. La perdida de presión aumenta sobre el rango de flujo instantáneo, promediando 3 PSI.
  157. 157. MEDIDOR DE FLUJO TIPO PISTÓN
  158. 158. MEDIDOR DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO • • • Los medidores de desplazamiento positivo miden el caudal en volumen contando e integrando volúmenes separados del liquido. Las partes mecánicas del instrumento se mueven a aprovechando la energía del fluido y dan lugar a una perdida de carga. Losa medidores de flujo de desplazamiento positivo normalmente se instalan en líneas de baja presión y bajas temperaturas. Estos instrumentos miden el flujo directamente en términos de cantidad. Este tipo de medidores separa el flujo que se mide en proporciones o volúmenes discretos y contando dichos volúmenes obtiene una totalización del flujo recientemente se ha incrementado la aplicación de estos dispositivos de medición principalmente en sistemas de mezclado de flujos y en sistemas de carga automática donde se requiere de considerable exactitud.
  159. 159. MEDIDOR DE DISCO OSCILANTE • El instrumento dispone de una cámara circular con un disco plano móvil dotado de una ranura en la que esta intercalada una placa fija. Esta placa separa la entrada de la salida e impide el giro del disco durante el paso del fluido. La cara baja del disco está siempre en contacto con la parte inferior del fluido. La cara baja del disco está siempre en contacto con la parte inferir de la cámara en el lado opuesto. De este modo la cámara está dividida en compartimientos separados de volumen conocido.
  160. 160. VISTA DE CORTE DE DISCO OSCILANTE • Al saber cuanta cantidad de flujo pasa por cada oscilación y al contar el numero de estas se esta determinando el flujo total.
  161. 161. APLICACIONES • El par disponible es pequeño lo que pone un limite en la utilización de accesorios mecánicos. • Empleado originalmente en aplicaciones domesticas para agua. • Se utiliza industrialmente en la medición de caudales de agua fría, agua caliente y líquidos alimenticios. • La precisión es de mas menos 12% .El caudal máximo es de 600 l/min. y se fabrica para pequeños tamaños de tubería.
  162. 162. MEDIDOR DE PISTON OSCILANTE • El instrumento se compone de una cámara de medida cilíndrica con una placa divisora que separa los orificios de entrada y de salida. La única parte móvil es un pistón cilíndrico que oscila suavemente en un movimiento circular entre las dos caras planas de la cámara y que esta provisto de una ranura que desliza en la placa divisora fija que hace de guía del movimiento oscilante. El eje del pistón al girar, transmite su movimiento aun tren de engranajes y a un contador. El par disponible es elevado de modo que el instrumento puede accionar los accesorios mecánicos que sean necesarios.
  163. 163. APLICACIONES • • • Se aplican en la medición de caudales de agua y de líquidos viscosos o corrosivos Se fabrican para tamaños de tubería hasta 2” con caudales máximos de 600 i/min. El par disponible es elevado de modo que el instrumento puede accionar los accesorios mecánicos que sean necesarios.
  164. 164. MEDIDOR DE IMPULSOR LOBULADO • Se integra de dos rotores lobulados ubicados dentro de un encajonamiento cilíndrico. La cámara de medición esta formada por la pared del cilindro y la mitad de la superficie del rotor. Cuando el rotor esta en posición vertical, el comportamiento de medición contiene un volumen definido de fluido. Conforme el impulsor gira, debido a la diferencia de presiones existentes entre los puertos de entrada y salida del medidor, el volumen medido se descarga a través de la salida del medidor.
  165. 165. ALGUNAS CARACTERISTICAS • Se fabrican en tamaños que van de 2” a 24” y con caudales de los liqudos de 30 a 66500 i/min. Su presición es de 1% para caudales de 10 al 100% del intervalo de medida bajando mucho la presicion en caudales bajos debido a los huelgos que existen entre los lobulos.
  166. 166. ENGRANAJES
  167. 167. MEDIDOR DE DERIVACION ROTATORIA • Este instrumento tiene válvulas rotativas que giran excéntricamente rozando con las paredes de una cámara circular y transportan el liquido en forma incremental de la entrada a la salida. • Existen varios tipos de medidores rotativos: – Cicloidales – Birrotor – Ovales
  168. 168. MEDIDOR ROTATIVO CICLOIDAL • • • Se emplean mucho en la industria petroquímica para la medida de crudos y de gasolina con intervalos de medida que van de unos pocos l/min. de líquidos limpios de baja viscosidad hasta 64000 l/min. de crudos viscosos Contiene dos lóbulos del tipo root engranados entre si que giran en direcciones opuestas manteniendo una posición relativa fija y desplazando un volumen fijo de fluido liquido o gas en cada revolución Se fabrican en tamaños de 2” a 24” y con caudales de líquidos de 30 a 66500 l/min y en gas hasta 3 Nm3/h. Su presión es ± 1% para caudales de 10 al 100 % del intervalo de medida.
  169. 169. MEDIDOR ROTATIVO BIRROTOR • Consiste en dos rotores en contacto mecánico entre si que giran como únicos elementos móviles en la cámara de medida. La relación de giro mutuo se mantienen gracias a un conjunto de engranajes helicoidales totalmente cerrado y sin contacto con el liquido. Los rotores están equilibrados estática y dinámicamente y se apoyan en rodamientos de bolas de acero inoxidable. • Son reversibles, admiten sobre velocidades esporádicas si recibir daño alguno no requieren filtros, admiten el paso de partículas extrañas y permiten desmontar fácilmente la unidad de medida sin necesidad de desmontar el conjunto completo
  170. 170. MEDIDOR ROTATIVO BIRROTOR • Su ajuste es sencillo y son de fácil calibración mientras el instrumento esta bajo presión y sin perdida de liquido • Su tamaño varia de 3” a 12”. La precisión es de ±.2%, con una perdida de carga de 5 Psi.
  171. 171. MEDIDOR ROTATIVO OVALES • • • Disponen de ruedas ovales que engranan entre si y tiene un movimiento de giro debido al presión diferencial creada por el liquido. La acción del liquido va actuando alternativamente sobre cada uno de las ruedas dando lugar a un giro suave de un par casi constante. La cámara de medida y las ruedas esta mecanizadas con gran precisión para conseguir un deslizamiento mínimo entre las mismas. Si formación de bolsas o espacios muertos en la cámara de medida y barriendo completamente la misma en cada rotación. De este modo la medida es prácticamente independiente de variaciones en la densidad y viscosidad del liquido. La precisión es ±0.5% del caudal total. Los tamaños varían de ½” a 3” .
  172. 172. MEDIDOR OVAL
  173. 173. MEDIDOR DE FLUJO TIPO TURBINA • • • • • Consisten en un rotor que gira al paso del fluido con una velocidad directamente proporcional al caudal. La velocidad del fluido ejerce una fuerza de arrastre en el rotor. Cuando el flujo de líquido o gas atraviesa la turbina, mueve un impeler que es monitoreado por un rayo infrarrojo, sensor foto eléctricos, o magnetos. Un pulso eléctrico se genera y se convierte en una salida de frecuencia proporcional a la tasa de flujo. Los medidores de flujo tipo turbina son excelentes utilizados con fluidos limpios, y líquidos de baja viscosidad. Para mantener un flujo seccional cruzado, se recomienda que exista un tramo recto de tubería de por lo menos 10 diámetros de tubería flujo arriba y de por lo menos 5 diámetros de tubería flujo abajo, del elemento primario. Algunos medidores de flujo tipo turbina pueden utilizarse con aire. Sin embargo, si existen burbujas de aire o vapor insertas en el liquido, la lectura será inexacta. Deberá existir un flujo laminar (estable) en la sección cruzada de la tubería.
  174. 174. VENTAJAS Y DESVENTAJAS • • • • VENTAJAS: Buena exactitud con los líquidos Fácil instalación y mantenimiento Señal de salida para totalizar Disponibles para tasas bajas de flujo • Ideal para condiciones de alta temperatura presión, incluyendo gases (metano, gas natural, CO2, CNG, etc.), criogénicos • (hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, etc.), LPG (gas líquido de propano), mercaptans, gasolina, condensados, alcohol. • DESVENTAJAS: • Sensible a los cambios de viscosidad. • Requiere una distancia de tubería recta. • Solo para líquidos y gases limpios.
  175. 175. MEDIDOR DE FLUJO TIPO VORTICE • Estos dispositivos se basan en algunas propiedades de la dinámica de los fluidos, esto es, aquellas características que se presentan cuando éstos se encuentran en movimiento. • Para entender mejor la mecánica de la formación de estos vórtices se puede observar una bandera montada en su asta en alguna plaza pública. Al soplar el viento, éste encuentra en su camino el obstáculo del asta de la bandera que, en este caso, funciona como un dispositivo generador de remolinos.
  176. 176. PARTES DEL MEDIDOR • El medidor está formado fundamentalmente por tres componentes: un elemento generador de remolinos o vórtices; un detector, que convierte la energía de los remolinos en una señal eléctrica, y un transmisor, capaz de amplificar esta señal y producir un registro sobre una escala graduada en unidades de velocidad de flujo. • A medida que circula el viento, a ambos lados del asta se forman alternadamente áreas de alta y baja presión que forman pequeños remolinos que se desplazan en forma longitudinal por ambos lados de la bandera.
  177. 177. CARACTERISTICAS • Este tipo de medidor se comporta con mucha eficiencia cuando el fluido — sea líquido, gas o vapor— se encuentre limpio o con pocos materiales en suspensión. Sin embargo, cuando se pretende utilizar este medidor en aplicaciones de medición de gases de baja densidad, su desempeño deja mucho que desear. En tales circunstancias, el dispositivo detector de remolinos se confunde porque los vórtices que se forman tienen una presión muy baja y su detección queda enmascarada por los ruidos propios del proceso.
  178. 178. MEDIDOR DE FLUJO TIPO ELECTROMAGNETICO • Un medidor magnético de flujo consiste básicamente en un campo magnético producido por un par de electroimanes y dos electrodos. Todo esto se encuentra montado en un tubo apropiado que se puede intercalar en la tubería que transporta el fluido que se desea medir.
  179. 179. VENTAJAS Y DESVENTAJAS VENTAJAS: Capacidad para medir fluidos de alta densidad, como los que se presentan en la industria del papel y el azúcar (pulpa, melaza, etcétera). Exactitud excepcional, para medida volumétrica de líquidos conductivos de electricidad, Ideal para aplicaciones donde el líquido deberá ser totalmente purgado de la línea con frecuencia, tiene sólidos de alta suspensión, o requiere limpieza sanitaria en el lugar de desempeño. No es conveniente para líquidos base de petróleo, solventes y alcohol. DESVENTAJAS: • su alto costo y que los fluidos que circulen deben tener ciertas características conductoras de electricidad
  180. 180. CARACTERISTICAS • La conductividad es la única característica propia del liquido que puede limitar el empleo del medidor magnético de caudal. El sistema electrónico utilizado en el elemento y en el receptor permiten medir caudales de líquidos que tengan una conductividad superior a 3micromhos/cm. • El voltaje que se produce entre los electrodos está en función de la distancia entre ellos, la densidad del flujo magnético y la velocidad del fluido. Como los primeros dos parámetros no varían se puede considerar que el potencial entre los electrodos es proporcional a la velocidad del fluido. Al medir este potencial es posible determinar la velocidad de flujo. Aunque el diseño de un medidor de flujo magnético tiene una gran complejidad, la instalación, la calibración y el mantenimiento son muy sencillos.
  181. 181. MIRILLAS DE FLUJO • Las mirillas de flujo están diseñados para inspeccionar el paso de flujo, a través de Tuberías. Permiten inspección visual, nivel y contenidos de tanques, y equipos en proceso.
  182. 182. MIRILLAS REDONDAS DE SEGURIDAD MAYPEROT • son utilizadas para inspeccionar tanques de proceso, tanque reservorios. Resisten altas condiciones de carga térmica y presión, garantizando el control visual de los procesos en el interior de todo tipo de recipiente. >Disponibles en diámetros desde ½
  183. 183. MATERIAL DE FABRICACIÓN • Acero inoxidable 316. Vidrio boro silicato tipo pyrex templado. >Diámetro de conexión desde ½
  184. 184. CONCLUSIONES • Hemos descrito las principales técnicas de medición de algunos tipos de instrumentos medidores de flujo. Las condiciones de flujo de fluidos pueden mantenerse de forma manual o automática. La selección de los métodos de medición y de control depende de la aplicación, de la exactitud del flujo que debe mantenerse en el proceso y del aspecto económico. Además, los efectos del medio ambiente constituyen una grave fuente de errores. Al especificar y seleccionar un instrumento de flujo específico es necesario considerar cuidadosamente las variables de temperatura, presión y humedad ambientales. La facilidad para el mantenimiento de la instrumentación durante la operación de la planta, constituye un factor importante. Por otro lado, es necesario considerar la situación para que los instrumentos de medición y control de flujo queden instalados de manera apropiada para tener facilidad de acceso y de mantenimiento.
  185. 185. TEMARIO • • • • • • • • • • • • • • INTRODUCCIÓN DIAFRAGMA CONO SUSPENDIDO VARILLA REFLEXIBLE MEDIDOR CONDUCTIVO PALETAS ROTATIVAS MEDIDOR DE RADAR DE MICROONDAS MEDIDOR DE SONDEO ELECTROMAGNETICO BASCULA MEDIDOR CAPACITIVO MEDIDOR DE NIVEL POR RADIACIÓN MEDIDOR DE NIVEL POR ULTRASONIDO TABLA DE COMPARACIONES DE LOS INSTRUMENTOS MIRILLAS DE NIVEL
  186. 186. TEMARIO • • • • • • • • • • • • • INSTRUMENTOS DE NIVEL TIPO FLOTADOR SENSOR DE NIVEL CON MICROINTERRUPTOR MEDIDORES DE NIVEL TIPO DESPLAZADOR MEDIDORES DE NIVEL DE TIPO DIFERENCIAL INSTRUMENTOS DE NIVEL POR CONDUCTIVIDAD TIPO ELECTRODO INSTRUMENTOS DE NIVEL TIPO CAPACITIVO MULTIELECTRODO INTRUMENTOS DE NIVEL POR BURBUJEO INSTRUMENTOS DE NIVEL TIPO PURGA INSTRUMENTOS DE NIVEL OPTICOS INSTRUMENTOS DE NIVEL TIPO MAGNETICO MEDIDORES DE NIVEL SONICOS MEDIDORES DE NIVEL TIPO RADIACIÓN CONCLUSIONES
  187. 187. INTRODUCCIÓN Los beneficios básicos que proporciona la instalación de un sistema de medición de nivel preciso y fiable en el sector industrial son los siguientes: • • • • Mejora en la Calidad del Producto Reducción en los costes de operación y mantenimiento Cumplimiento de Normativas medioambientales y de calidad Todos los instrumentos de nivel montados localmente, deberán ser de una fácil lectura. • Ser accesibles para su mantenimiento ya sea por medio de gradas u otras estructuras fijas tales como plataformas o pasillos, de preferencia no utilizar escalera. • Un apropiada operación del instrumento debe ser el aspecto mas importante a considerar, antes que su ubicación. • Montando el instrumento a la misma elevación que la conexión de proceso más baja y facilitando su acceso para mantenimiento se estará asegurando una operación más fiable, que si se montara a la elevación más baja para su fácil acceso.
  188. 188. MEDICIÓN DE NIVEL DE SÓLIDOS
  189. 189. D I A F R A G M A Membrana flexible que entra en contacto con el producto dentro del tanque y que en su interior tiene palancas con contrapeso que se apoyan sobre el interior. TELA MATERIALES GOMA NEOPERENO FIBRA DE VIDRIO
  190. 190. C O N O S U S P E N D I D O • Micro interruptor montado dentro de una caja estanca al polvo con una cazoleta de goma de la que esta suspendida la varilla que termina en cono. • Cuando el nivel del sólido alcanza el cono, el interruptor es excitado. El aparato puede actuar como alarma de alto o bajo nivel.
  191. 191. V A R I L L A F L E X I B L E • Varilla de acero conectada a un diafragma de latón donde esta contenido el interruptor . • Cuando los sólidos presionan el interruptor se cierra y actúa sobre una alarma de alto nivel. • Soporta temperaturas de hasta 300ºC.
  192. 192. MEDIDOR CONDUCTIVO • • • • Electrodo dispuesto en el interior de unas placas opuestas a masas y un circuito eléctrico abierto. Cuando los sólidos alcanzan el aparato se cierra el circuito y la pequeña corriente es amplificada actuando sobre una alarma. Es importante que los sólidos posean una conductividad apreciable para que se excite el circuito. Deben usar tanques abiertos y a presión, temperaturas máximas de 300ºC, alarma solo funciona como alto o intermedio nivel.
  193. 193. PALETAS ROTATIVAS • • Eje vertical dotado de paletas que giran continuamente a baja velocidad accionando un motor, cuando el sólido llega alas paletas, las inmoviliza, con lo que el soporte del motor y la caja de engranes empiezan a girar en sentido contrario La presión máxima que soporta este medidor es de 10 Kg./cm2.
  194. 194. M E D I D O R D E R A D A R D E M I C R O O N D A S • Fuente de microondas situada a un lado del recipiente y un detector en el lado opuesto. Cuando el producto alcanza la horizontal y la señal deja de recibirse se acciona una alarma.
  195. 195. M E D I D O R D E S O N D E O E L E C T R O M A G N E T I C O • Es un cable el cual se afloja y un detector adecuado invierte el sentido del movimiento del peso con lo cual este regresa a la parte superior donde se vuelve a detener y a reiniciar el ciclo. • Este señala el peso donde se ha invertido el movimiento.
  196. 196. B A S C U L A • Mide el nivel de sólidos indirectamente a través del peso del conjunto de la tola más el producto. • La tolva se apoya en una plataforma de carga actuando sobre la palanca de una bascula o sobre otros elementos de medida.
  197. 197. MEDIDOR CAPACITIVO • Es parecido al medidor de nivel en punto fijo, la única diferencia es que la varilla del medidor esta aislada y situada verticalmente en el tanque. • De igual manera tiene el problema de que puede tener mas posibilidades de error por la mayor adherencia que pudiera presentar el sólido en la varilla capacitiva.
  198. 198. MEDIDOR DE NIVEL POR RADIACIÓN • • • La fuente radioactividad utilizada son rayos gamma, dispuesta al exterior y en la parte inferior del tanque, emitiendo su radiación a través del lecho de sólidos siendo captada por un detector exterior. Si este es puesto en plano horizontal, trabaja como un detector discontinuo todo-nada. No debe aplicarse a materiales que sea afectados por la radioactividad.
  199. 199. MEDIDOR DE NIVEL POR ULTRASONIDO Principio de operación El BM 90 emplea ultrasonidos. Un impulso ultrasónico generado por la sonda es reflejado de un objeto (por ejemplo la superficie del producto) y vuelve a la sonda después de un tiempo. La propagación de la onda ocurre a la velocidad de sonido. La distancia “d” se calcula a partir del tiempo de la generación del eco. Los factores principales que influyen en el intervalo de tiempo son la temperatura y la densidad de la atmósfera en el tanque. Estos por lo tanto deben ser tenidos en cuenta para alcanzar la medida de nivel exacta.
  200. 200. TABLA DE COMPARACIONES DE LOS INSTRUMENTOS TIPO PUNTO FIJO ALTO CONTINUO PRECISIÓN EN% DE TODA LA ESCALA TEMPERATURA TIPOS DE MAXIMA DE TANQUES SERVICIO EN ºC SI SI NO 50 mm 60 CONO SUSPENDIDO SI SI NO 50 mm 60 A VARILLA FLEXIBLE SI NO NO 25 mm 300 A CONDUCTIVO SI SI NO 25 mm 300 PALETAS ROTATIVAS SI SI NO 25 mm 60 A SONDEO SI 1% 60 A BASCULA SI 0,5-1 % 900 A y CAPACITIVO SI 15 mm 150 A y PRESION DIFERENCIAL SI 300 A y A A y y ULTRASONIDOS SI SI SI 0,5-1 % 150 A y RADAR SI SI SI 2 mm 150 A y SI VENTAJAS BAJO DIAFRAGMA RADIACIÓN DESVENTAJAS SI SI 0,5-1 % 1300 A y No admite materiales Bajo costo y sensible granulares mayores a 80 C a materiales de baja mm y los tanques deben densidad . ser a baja presión Debe estar protegido Bajo costo Relé retardado y sólo niveles Muy sensible altos. Conductividad de los C Tanques a presión materiales Matyeriales diversos Tanuqes abiertos o a baja y a prueba de presión explosión Resistencia mecanica sencillo medida Preciso, seguro y sirve para altas C Caro presiones y temperaturas La calibración debe ser C inidvidual, adherencia del Barato producto Costo medio, posibles C obturaciones del orificio de Respuesta rapida purga Materiales opacos y transparentes y es a C Costo medio prueba de explosiones Productos muy C Costo medio viscosos C Tanques cerrados, Caro, calibracion inidvidual y productos corrosivos, afecta a materiales peligrosos altas sensibles a la radiación presiones y temperaturas
  201. 201. MIRILLAS DE NIVEL • Columna de nivel. • Cristal de nivel o vidrio de nivel. • Más simple y directo. • En todo tipo de recipiente (cafeteras – domos de grandes calderas de alta presión).
  202. 202. MIRILLAS DE NIVEL TIPO REFLEJO “REFLEX” • Indicador prismático o “reflex” • La cara interior del vidrio está provista de prismas de 90° alineados a lo largo del indicador. • Los rayos de luz normales en la cara del cristal chocan con los prismas en un ángulo de 45°. • Si no hay líquido en contacto con los prismas, se provoca una reflexión total, debido a que el ángulo crítico para que pase un rayo es de 42°, así el vidrio aparece con un color blanco plateado. • El ángulo critico de un rayo que pasa del cristal al agua es de 62°. • El interior de estos instrumentos se pinta de negro. No permite ver el color del líquido o la interfase de dos líquidos diferentes.
  203. 203. MIRILLAS DE NIVEL TIPO “TRANSPARENTE” • Usado para distinguir el color, las características o la interfase de un líquido en el indicador. • En los lados opuestos de la cámara del líquido se colocan cristales gruesos, los cuales no tienen prismas. • Para mejorar la apreciación visual se puede acoplar una lámpara de iluminación al sistema.
  204. 204. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS MIRILLAS DE NIVEL VENTAJAS: • Bajo costo en procesos a bajas presiones. • Ausencia de partes móviles. • Mide el nivel directamente. • Muy preciso. DESVENTAJAS: • Son instrumentos de lectura exclusivamente local. • Requieren limpieza periódica. • No son aplicables a líquidos sucios. • Su ruptura puede ser causa de peligro. • Se tiene problemas con el sello de cristal. • Su costo se incrementa en procesos a altas presiones. • Se tienen imprecisiones a altas presiones y altas temperaturas.
  205. 205. INSTRUMENTOS DE NIVEL TIPO FLOTADOR • Utilizan un flotador que sigue el nivel del líquido o el nivel de la interfase en el caso de fluidos de diferentes densidades. • La conexión de los flotadores puede ser directa, magnética o hidráulica. • Utilizan otros dispositivos que determinan la posición del flotador con respecto a un “punto predeterminado o ajustado”. • Si el flotador pasa el punto se genera una señal de salida. Tienen una precisión de +- 0.5% Adecuados en la medida de niveles en tanques abiertos y cerrados a presión o al vacío. • • • El flotador puede agarrotarse en el tubo guía por un eventual depósito de los sólidos o cristales que el líquido pueda contener. • Los tubos guía muy largos pueden dañarse ante olas bruscas en la superficie del líquido o ante la caída violenta del líquido en el tanque.
  206. 206. FLOTADOR CONECTADO DIRECTAMENTE • Unido por un cable que desliza en un juego de poleas a un índice exterior que señala sobre una escala graduada. • Modelo mas antiguo. • Mas utilizado en tanques de gran capacidad tales como los de fuel-oil y gas-oil. • Inconvenientemente sus partes móviles están expuestas al fluido y pueden romperse. El tanque no puede estar sometido a altas presiones.
  207. 207. SENSOR DE NIVEL CON “MICROINTERRUPTOR” • • • • • Brazo magnético de una articulación central. Con un magneto superior e inferior. Brazo que acciona el interruptor. El mircointerruptor se instala en posición fija. A <nivel: desciende el pistón magnético.
  208. 208. VENTAJAS Y DESVENTAJAS SENSOR DE NIVEL CON MICROINTERRUPTOR VENTAJAS: • De uso frecuente en la industria. • Método sencillo de control de nivel cuando es permisible una banda proporcional estrecha o un control de dos posiciones (ON-OFF) o apertura y cierre. • Adecuados para tanques cerrados o abiertos. • O en recipientes presurizados o de vació. • Precisos en tanques profundos. • Independientes de la densidad. DESVENTAJAS: • Puede atorarse en el tubo y la caja no magnética y larga y sin soporte para dañarse por variaciones rápidas del nivel del líquido.
  209. 209. MECÁNICO • A una diferencia de nivel el flotador se mueve verticalmente a lo largo de los dos alambres guía. • La cinta del medidor se conecta hasta el indicador del cuerpo medidor, enrollándose en un tambor el cual mueve la flecha indicadora.
  210. 210. AUTOMÁTICO • Unidad de flotación y su cinta, suspendido sobre el líquido. • Flotador de gran área. • Los alambres guía están tensionados con resortes de tal manera que le flotador se puede bajar y subir sin fricción.
  211. 211. MEDIDORES DE NIVEL TIPO DESPLAZADOR • La operación de los instrumentos de nivel del tipo desplazador se basa en el principio de Arquímedes, el cual establece que un cuerpo sumergido en un líquido sufrirá un empuje hacia arriba con una fuerza igual al peso líquido desplazado. La diferencia principal entre el diseño de un instrumento de nivel del tipo desplazador y un instrumento de nivel de tipo flotador está en que el flotador sigue el nivel del líquido, mientras que el desplazador permanece estacionario y solamente cambia la tensión mecánica del vástago del desplazador al estar éste, más o menos cubierto por el líquido. En este tipo de equipos, al cuerpo sumergido se le llama desplazador, el cual se encuentra suspendido por un tubo de una barra de torsión que restringe su movimiento para evitar el contacto con cualquier parte del recipiente en que se encuentre colocado.
  212. 212. DESPLAZADORES Los desplazadores son siempre más pesados que la fuerza de flotación que desarrolla el líquido desplazado y se montan en un vástago de cable flexible sujeto a un resorte de soporte tal como se muestra en la figura. La diferencia de movimientos entre el desplazamiento y el nivel del líquido depende la sección del área de la sección transversal del desplazador, de la densidad del liquido y de la rigidez del tubo de torsión. El resorte de torsión puede ser una barra rígida o un tubo hueco. Cuando se utiliza un tubo de torsión, este no solo sirve para soportar el desplazador sino también como un sello de presión sin fricción; este proporciona un medio de transferencia del movimiento del desplazador a través de la pared del recipiente presurizador a un dispositivo de medición.
  213. 213. DESPLAZADOR HIGH LEVEL FLEXIBLE CABLE LOW LEVEL INSTRUMENTO DE NIVEL TIPO DESPLAZADOR DISPLA CERS
  214. 214. CARACTERÍSTICAS El instrumento sirve también para medir la densidad del líquido. En este caso el flotador está totalmente sumergido. El campo de medida de densidades es bastante amplio, de 0.4 a 1.6. El cuerpo del medidor puede estar montado directamente en el tanque (montaje interno) o en un tubo vertical al lado del tanque (montaje exterior. El movimiento del brazo de torsión puede transmitirse por medio de un eslabón a un trasmisor neumático o electrónico de equilibrio de fuerzas, permitiendo en la conexión una compensación mecánica para el peso específico del líquido. La precisión es del orden de +/- 1%. El instrumento puede utilizarse en tanques abiertos y cerradas a presión o a vació, tiene una buena sensibilidad pero presenta el inconveniente del riesgo de depósito de sólidos o de crecimiento de cristales en el flotador que afectan a la precisión de la medida y es apto sólo para la medida de pequeñas diferencias de nivel (2000 mm. máximo estándar). La medida de nivel de interfases requiere flotadores de gran volumen.
  215. 215. MEDIDORES DE NIVEL DE TIPO DIFERENCIAL En los procesos industriales, posiblemente el instrumento para medición de nivel más frecuentemente utilizado es el que mide la presión diferencial. Las conexiones de estos instrumentos, tanto de alta como de baja presión, las cuales son generalmente de diafragma, puede conectarse dentro de un tanque en dos puntos cualesquiera para medir la presión diferencial estática. En el caso de tanques abiertos, la conexión de baja presión queda abierta a la atmósfera y la conexión de alta presión se conecta en el punto de nivel bajo o en cualquier otro punto de referencia conveniente para poder medir la presión manométrica. En el caso de tanques cerrados, la conexión de baja presión se hace por la parte superior del tanque y la conexión de alta presión se hace en el punto de nivel bajo o en otro punto de referencia conveniente.
  216. 216. CELDA DE DIAFRAGMA GMA EXTENDIDO EXTENTION TO MATCH TANK NOZZLE REIGHT LOW PRESSURE CONNEECTI ON DRAI N DIAPHRAGM CÁPSULA HIGHPRESSURE SIDE
  217. 217. INSTRUMENTOS DE NIVEL POR CONDUCTIVIDAD TIPO ELECTRODO  La medición de nivel se efectúa por medio de una corriente a través del detector que es alimentado por un voltaje. A mayor nivel mayor corriente generada.  Se pueden utilizar dos electrodos para indicar ya sea alto o bajo nivel  El instrumento para controlar el nivel utiliza relés eléctricos y relés electrónicos ALARMA RELEVADOR agua Electrodo + Electrodo FUENTE DE PODER 127 V CA
  218. 218. VENTAJAS Y DESVENTAJAS VENTAJAS: • Son de bajo costo. • Son de diseño sencillo. • Carecen de partes móviles en contacto con el líquido del proceso. • Este instrumento es utilizado como alarma o controlador de nivel. DESVENTAJAS: • Se puede formar un arco eléctrico cuando el nivel de líquido está cercano al electrodo. • El instrumento está limitado en su aplicación a fluidos conductivos, con una resistividad inferior a 10-8 ohms/cm. • La corriente electrolítica del electrodo puede tener efectos latentes perjudiciales. • La electrólisis puede reducirse, aunque no eliminarse, utilizando voltajes de corriente alterna.
  219. 219. INSTRUMENTOS DE NIVEL TIPO CAPACITIVO MULTIELECTRODO • • • • La medición del nivel se efectúa conectando varios electrodos en la pared del recipiente, para tener una indicación continua y exacta en todo lo alto del recipiente. Su principal aplicación es en las calderas ya que se requiere controlar en forma precisa el nivel que propiamente es una interfase agua-vapor. C = K A/d LIC-1 LT-1 TRANSDUCTOR 4-20 mAmp agua Electrodo + Ampli ficador Electrodo - FUENTE DE PODER LY-1 3-15 psi.
  220. 220. VENTAJAS Y DESVENTAJAS VENTAJAS: • Buena resistencia a la corrosión • Permiten una rápida y buena limpieza • Dependiendo de los fluidos conductores, aumenta o disminuye la constante dieléctrica del fluido a un error máximo del 3% • La precisión de los transductores es de +/1% • Su utilización es ilimitada y puede emplearse en la medición de interfases • No tienen partes móviles • Ligeros DESVENTAJAS: • La temperatura puede las constantes dieléctricas de 0.1 % de aumento de la K/°C • Los posibles contaminantes, pueden adherirse al electrodo variando su capacidad o falseando la lectura en caso de los fluidos conductores pero se pude solucionar incorporando un circuito detector de fase.
  221. 221. INSTRUMENTOS DE NIVEL POR BURBUJEO • • • • Son los dispositivos de medición de nivel más antiguos y más simples. Este sistema está basado en el principio de columna hidrostática. Sirve para medir nivel en recipientes abiertos, y cuando un lÀ

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