INSTRUMENTOS PARA MEDICION DE PRESION

AÑO 2011

Objetivos: Al finalizar la sesión el participante estará en

condiciones de identificar y describir correctamente el funcionamiento de los instrumentos medidores de Presión de un Sistema de Control Industrial

de

para la

usada poren

son

ELEMENTOS PRIMARIOS DE MEDICIÓN

VARIABLES FISICAS MECÁNICASEÑAL

INSTRUMENTOS

ELÉCTRICA

ETC.

CONTROLADORES

REGISTRADORES

MEDICIÓN Y CONTROL

ETC.

INDICADORES

DISPOSITIVOS QUE TRANSFORMAN

NIVEL CAUDAL pH PRESIÓN FUERZA TEMPERATURA ETC.

La presión es una fuerza aplicada a una superficie o distribuida sobre ella. La presión "P" ejercida por una fuerza "F" y distribuida sobre una área "A" se define mediante la relación:

PRESION

GENERALIDADES

TIPOS DE PRESIÓN

PRESIÓN ABSOLUTAPRESIÓN ATMOSFÉRICAPRESIÓN MANOMÉTRICAPRESIÓN DE VACIO

Es la presión de un fluido medida con referencia al vacío perfecto o cero absoluto.

Este término se creó debido a que la presión atmosférica varía con la altitud y muchas veces los diseños se hacen en otros países a diferentes altitudes sobre el nivel del mar por lo que un término absoluto unifica criterios.

PRESION ABSOLUTA

Es la presión ejercida por la atmósfera de la tierra, se mide normalmente por medio del barómetro (presión barométrica).

A nivel del mar o en alturas próximas a éste, el valor de la presión es cercano a 14.7 lb/plg2 (760 mmHg), disminuyendo este valor con la altitud.

PRESION ATMOSFERICA

Es la presión superior a la atmosférica, que se mide por medio de un elemento que define la diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosférica que existe.

El valor absoluto de la presión puede obtenerse adicionando el valor real de la presión atmosférica a la lectura del manómetro.

PRESIÓN MANOMÉTRICA

Es la presión menor que la Presión atmosférica.Su valor está comprendido entre el Cero absoluto y el valor de la Presión atmosférica. La presión de vacio se mide con el Vacuómetro

PRESIÓN DE VACÍO

La relación de los diferentes tipos de presión se expresa en la figura siguiente:

En términos internacionales, la unidad de la presión es el Pascal (Pa), según la 3ra Conferencia General de la Organización de Metrología Legal.

Sin embargo la presión también se expresa en muy diversas unidades, tales como: kg/cm2, Psi, cm de columna de agua, pulgadas o cm de Hg, bar , etc.

UNIDADES DE LA PRESIÓN

EQUIVALENCIAS DE UNIDADES DE PRESIÓN

Ejercicios de conversión de unidades de PresiónI.- Convertir:1. 321” Hg a Psi2. 5042 KPa a bar3. 272 cm H2O a “H2O4. 2,5 Atm a KPa5. 45 Psi a KPa6. 25 Bar a Kpa7. 26.5 atm a bar8. 682 bar a Psi9. 35 Psi a bar10. 754 “Hg a Kpa11. 563 bar a “Hg12. 95 Psi a “ Hg13. 36 bar a m H2O14. 76 atm a m H2O15. 83 m H2O a Kpa

16. 234 “Hg a bar17. 52,5 atm a Kg/cm2

18. 564 KPa a “Hg19. 25 “H2O a Psi20. 0,5 m H2O a Pascal

II.- En el siguiente problema la distancia “X” en metros de agua es:  a) 20,58 m.b) 5,33 m.c) 10,35 m.d) 8,5 m.e) 2,5 m. 

Respuestas:

1) 157.7 Psi 8) 9889 Psi 15) 813.4 KPa

2) 50.42 bar 9) 2.41 bar 16) 7.93 bar

3)107.1 “H2O 10) 2553.04 KPa 17) 54.23 kg/cm2

4) 253.3 KPa 11) 16625.4 “Hg 18) 161.07 “Hg

5) 310.3 Kpa 12) 193.36 “Hg 19) 0.9 Psi

6) 2500 KPa 13) 367.56 mH2O 20)

7) 26.86 bar 14) 785.08 mH2O 21)

ELEMENTOS PRIMARIOS DE MEDICION DE PRESION

MECANICOS

NEUMATICOS

ELECTROMECÁNICOS

ELECTRONICOS DE VACÍO

MECANICOS

• ELEMENTOS PRIMARIOS DE MEDICION DIRECTA.

• ELEMENTOS PRIMARIOS ELÁSTICOS.

Son los elementos primarios de medición que pueden dar lectura directa o ser parte de los electromecánicos. Se usan en los procesos como instrumentos de campo.

Se clasifican en:

ELEMENTOS PRIMARIOS DE MEDICIÓN DIRECTA

Miden la presión comparándola con la ejercida por un líquido de densidad y altura conocidas.

MANOMETRO DE TUBO EN “U”

MANOMETRO DE POZO

El manómetro tipo cubeta es similar al tipo U; sin embargo uno de uno de brazos de la U se sustituye con una cubeta o pozo.

MANOMETRO DE TUBO INCLINADO El manómetro inclinado es un manómetro cuyo brazo vertical esta colocado en una posición casi horizontal, de manera que en un cambio de presion produce un cambio en el nivel de medicion del liquido dentro del tubo.

ELEMENTOS PRIMARIOS ELÁSTICOS Se deforman por la presión interna del fluido que contienen.Tenemos:• Tubo Bourdon• Diafragma • Fuelle

TUBO BOURDON.Es un tubo de sección elíptica que forma un anillo casi completo. La presión tiende a enderezarlo y su movimiento se transmite a la aguja por medio de un sector dentado y un piñón, siguiendo una ley determinada empíricamente. La aguja indicadora con un dial indica el valor de la presión.Pueden ser de 3 tipos• Tipo C• Espiral• Helicoidal

TIPO C.

Se forma arrollando el tubo de Bourdon en forma de C. Al ingresar la presión hace que el tubo se enderece.

TIPO ESPIRAL

Se forma arrollando el tubo de Bourdon en forma de espiral alrededor de un eje común .

TIPO HELICOIDAL

Se forma arrollando más de una espira en forma de hélice .Estos elementos proporcionan un desplazamiento grande del extremo libre y por ello son ideales para registradores.

DIAFRAGMA

Consiste en una o varias cápsulas unidas y que se deforman por la acción de la presión, la suma de todas las deformaciones de las cápsulas se amplifica por un sistema de palancas que terminan en un indicador..

FUELLE.

Similar al diafragma, pero con una sola pieza flexible. Se emplean para pequeñas presiones.

NEUMÁTICOS.

Como elementos neumáticos consideramos los instrumentos transmisores neumáticos cuya variable de medida es la presión adecuada al campo de medida correspondiente. El tipo de transmisor queda establecido por el campo de medida del elemento

SISTEMA TOBERA OBTURADOR

BLOQUE AMPLIFICADOR DE 2 ETAPAS

Aumenta el caudal de aire suministrado, o del caudal de escape para conseguir tiempos de respuesta inferiores al segundo.Amplificación de presión (ganancia) que suele ser de 4 a 5, en general, para obtener así la señal neumática estándar 3-15 psi (0,2-1 bar).

TRANSMISOR DE EQUILIBRIO DE MOVIMIENTOS

Compara el movimiento del elemento de medición asociado al obturador con un fuelle de realimentación de la presión posterior de la tobera. El conjunto se estabiliza según la diferencia de movimientos alcanzando siempre una posición de equilibrio tal que existe una correspondencia lineal entre la variable y la señal de salida.

En este tipo de transmisores, las palancas deben ser livianas, pero bastante fuertes para que no se doblen.

Uno de 3-15 psi será de equilibrio de movimientos con elemento de fuelle.

TRANSMISOR DE EQUILIBRIO DE FUERZAS

Puede verse que el elemento de medición ejerce una fuerza en el punto A sobre la palanca AC que tiene su punto de apoyo en D. Cuando aumenta la fuerza ejercida por el elemento de medición, la palanca AC se desequilibra, tapa la tobera, la presión aumenta y el diafragma ejerce una fuerza hacia arriba alcanzándose un nuevo equilibrio.

TRANSMISOR DE EQUILIBRIO DE MOMENTOS

Utilizado generalmente en la medida de la Presión diferencial (Caudal), el desequilibrio de fuerzas producido crea un par al que se opone el generado por el fuelle de realimentación a través de una rueda de apoyo móvil situada en el brazo del transmisor.

SENSOR DE PRESION DE TIPO RESISTIVO

Consiste en un elemento elástico (tubo Bourdon o cápsula) que varía la resistencia óhmica de un potenciómetro en función de la presión.

El potenciómetro puede adoptar la forma de un solo hilo continuo o bien estar arrollado a una bobina siguiendo un valor lineal o no de resistencia.

El movimiento del elemento de presión se transmite a un brazo móvil aislado que se apoya sobre el potenciómetro de presión. Éste está conectado a un circuito de Puente de Wheatstone.

ELECTROMECANICOS

El intervalo de medida de estos sensores/transmisores corresponden al elemento de presión que utilizan (tubo Bourdon, fuelle...) y varía en general de 0 a 300 Kg/cm2.

La precisión es del orden de 1-2%.

Son los que el desplazamiento de un núcleo móvil dentro de una bobina aumenta la inductancia de ésta en forma casi proporcional a la porción metálica del núcleo contenida dentro de la bobina.

El devanado de la bobina se alimenta con una corriente alterna y la f.e.m. de autoinducción generada se opone a la f.e.m. de alimentación, de tal modo que al ir penetrando el núcleo móvil dentro de la bobina, la corriente presente en el circuito se va reduciendo por aumentar la f.e.m. de autoinducción.

SENSOR DE PRESION INDUCTIVO

Los transductores de inductancia tienen las siguientes ventajas: no producen rozamiento en la medición, tienen una respuesta lineal, son pequeños y de construcción robusta y no precisan ajustes críticos en el montaje. Su precisión es del orden del 1%.

Se basan en la variación de capacidad que se produce en un condensador al desplazarse una de sus placas por la aplicación de presión.

La placa móvil tiene forma de diafragma y se encuentra situada entre dos placas fijas. De este modo se tiene dos condensadores uno de capacidad fija o de referencia y el otro de capacidad variable, que pueden compararse en circuitos oscilantes.

SENSOR DE PRESION CAPACITIVO

Se caracterizan por su pequeño tamaño y su construcción robusta, tienen un pequeño desplazamiento volumétrico y son adecuados para medidas estáticas y dinámicas. Su señal de salida es débil por lo que precisan de amplificadores con el riesgo de introducir errores en la medición.

Son sensibles a las variaciones de temperaturas y a las aceleraciones transversales y precisan de un ajuste de los circuitos oscilantes y de los puentes de c.a. a los que están acoplados.

Su intervalo de medida es relativamente amplio, entre 0,5 a 600 bar y su precisión es del orden de 0,2 a 0,5%.

GALGAS EXTENSOMETRICAS

Se basan en la variación de longitud y de diámetro, y por lo tanto de resistencia, que tiene lugar cuando un hilo de resistencia se encuentra sometido a una tensión mecánica por la acción de una presión.

Existen dos tipos de galgas extensométricas: galgas cementadas, formadas por varios lazos de hilo muy fino que están pegados a una hoja base de cerámica, papel o plástico, y galgas sin cementar en las que los hilos de resistencia descansan entre un armazón fijo y otro móvil bajo una ligera tensión inicial.

En ambos tipos de galgas, la aplicación de presión estira o comprime los hilos según sea la disposición que el fabricante haya adoptado, modificando pues la resistencia de los mismos.

La galga forma parte de un puente de Wheastone y cuando está sin tensión tiene una resistencia eléctrica determinada. Se aplica al circuito una tensión nominal tal que la pequeña corriente que circula por la resistencia crea una caída de tensión en la misma y el puente se equilibra para estas condiciones. Cualquier variación de presión que mueva el diafragma del transductor cambia la resistencia de la galga y desequilibra el puente.

El intervalo de medida de estos transductores varía de 0 a 10.000 bar y su precisión es del orden de 0,5%.

MEDIDOR DE PRESION DE TIPO PIEZOELECTRICO

SENSORES PIEZOELECTRICOS

Los elementos piezoeléctricos son materiales cristalinos que, al deformarse físicamente por la acción de una presión, generan una señal eléctrica.

Dos materiales típicos en los sensores piezoeléctricos son el cuarzo y el titanato de bario, capaces de soportar temperaturas del orden de 150º C en servicio continuo y de 230º C en servicio intermitente.

Son elementos ligeros, de pequeño tamaño y de construcción robusta.

Su señal de respuesta a una variación de presión es lineal y son adecuados para medidas dinámicas, al ser capaces de respuestas frecuenciales de hasta un millón de ciclos por segundo.

Tienen la desventaja de ser sensibles a los cambios de temperatura y de experimentar deriva en el cero.

Asimismo, su señal de salida es relativamente débil por lo que precisan de amplificadores y acondicionadores de señal que pueden introducir errores en la medición.